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择良辰,选吉日——发射窗口知多少?

2021-08-11 11:13:22 来源:中国载人航天
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2021年6月17日9时22分,神舟十二号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功点火发射,这个时间点如此精确,可谓是航天专家们精心挑选的“良辰吉日”!你知道为什么在火箭发射时间上如此煞费苦心吗?发射时机又与哪些因素有关?想解答这些疑惑,首先需要了解“发射窗口”。

什么是“发射窗口”?

航天器的发射需要选择相应的发射时机。允许航天器发射的时间范围称为发射窗口。航天器发射窗口的确定,需要考虑航天器的运行轨道、航天器的工作条件、天体运行条件、空间碎片规避、地面跟踪测控通信和气象要求等因素。

航天器的发射窗口一般有三种类型。

1)年计窗口。

它是以指定的某一年内连续的月数形式表示,适用于行星际探测任务。如天问一号火星探测器搭载的祝融号火星车,它的发射窗口就是年计发射窗口。地球和火星之间距离最近的时候是每26个月才有一次,在这个时候发射火星的探测器能够更快速,也更节省燃料,同时借助火星引力来帮助其抵达预定轨道。

择良辰,选吉日——发射窗口知多少?

天问一号火星探测器发射升空

2)月计窗口。

以确定的某个月内连续的日数形式表示,适用于行星和月球探测任务。比如我国此前发射的嫦娥探测工程中的嫦娥一号到嫦娥五号月球探测器,基本上都是在一个月的月初或是月下旬发射。

择良辰,选吉日——发射窗口知多少?

嫦娥五号月球探测器发射升空

3)日计窗口。

以某日内某时刻到另一时刻的形式表示,适用于卫星、飞船和空间站等航天器的发射。如果是卫星的发射,在发射窗口的时间选择上,只要运行轨道倾角、航天发射的气象条件等符合发射需要即可,它的发射窗口时间一般较长,基本在几个小时左右。但是对于载人航天器来说,则大为不同,载人航天器需要同时满足飞船正常工作条件和航天员的安全及救生要求,它的发射窗口时间更为精确。

择良辰,选吉日——发射窗口知多少?

神舟十二号载人飞船发射升空

为什么采用零窗口的快速交会对接?

神舟十二号载人飞船在发射后有一个重要的任务,就是与天和核心舱完成太空“牵手”。神舟十二号载人飞船要对目标飞行器---天和核心舱进行追踪,使两个飞行器在同一时间、以相同速度到达空间的同一点,并完成两个飞行器的空间对接。

对于天和核心舱而言,地面的神舟十二号发射时间会直接影响到交会对接的速度和成功与否,这种对交会对接时间要求极其严格的发射窗口叫做“零发射窗口”,意味着火箭点火起飞的时间和预定发射时间的偏差不能超过一秒。

是不是光听起来就很复杂了?实际操作更是不易,因为要对接的天和核心舱仍处于绕地球的高速运转状态,而地面发射的神舟十二号要找到最精准的对接时间点进行点火发射,一切要分毫不差。在飞船发射升空、进入预定运行轨道后,地面测控站会测量神舟十二号与天和核心舱之间的轨道倾角差值、飞行速度以及高度等差值位,然后发送测控指令,让神舟十二号进行变轨加速等机动动作。此过程要保持二者的速度、高度零误差后,神舟十二号才会启动对接系统,实现空间交会的快速对接。

发射时机如何确定?

发射窗口的确定是火箭、飞船和发射场联合进行的重要工作,在发射窗口中选择发射时机是发射场的重要任务主要影响因素包括以下几个方面:

1)要考虑火箭、飞船发射气象条件的影响,即根据天气预报情况,选择满足火箭、飞船发射要求的时机。

2)要根据火箭、飞船、发射场、测控等系统的实际准备情况,将发射时间定在各系统满足发射条件后的时段。

择良辰,选吉日——发射窗口知多少?

“神十二”发射任务期间发射场晴空万里

3)要考虑地面跟踪测量系统的工作条件要求,比如远洋测量船工作海域的天气情况、海浪情况,发射场光学测量设备的能见度、太阳角度等。

4)要考虑发射场、着陆场对航天员搜救的要求,如选择的发射时机要有利于救生的准备、落点的预报和搜索,着陆场不能有大风、沙尘、雷电等恶劣天气。

发射的成功在分秒之间

而它背后所依托的

是多少个航天人的日日夜夜

精密计算求得分毫不差

全局把控确保百不失一

沉潜下心等待最佳时机

面对零发射窗口的苛刻条件

中国航天人用追求极致的态度

交出了一次又一次

发射成功的

完美答卷

向中国航天人致敬!

祝福中国航天!

文章参考自《中国载人航天科普丛书---戈壁天港》

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