7月24日下午,长征五号B遥三运载火箭成功将问天实验舱送入预定轨道,顺利完成状态设置,并于北京时间2022年7月25日3时13分,成功对接于天和核心舱前向端口,整个交会对接过程历时约13小时,整个任务取得了圆满成功。

航天器发射后会发生什么(为什么发射航天器会有发射窗口一说)(1)

据了解,问天实验舱轴全长17.9米,舱体最大直径4.2米,发射质量23吨,是我国迄今为止发射质量最大的单体航天器。除此之外你应该还听说了一个词---“零窗口”,那么零窗口是啥意思?窗口又是啥?

航天器发射后会发生什么(为什么发射航天器会有发射窗口一说)(2)

发射窗口是指允许火箭发射比较合适的一个时间范围。这个范围的大小也叫做发射窗口的宽度。简单来讲就是我们的航天器在这个时间范围内发射可以顺利进入预定轨道,完成相关科学实验。发射窗口的确定,通常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。

航天器发射后会发生什么(为什么发射航天器会有发射窗口一说)(3)

常见的发射窗口时间有以下几种:

以年为单位的发射窗口:它是以指定的某一年内连续的月数形式表示,此类发射窗口主要针对宇宙探索,比如我们要发射火星探索卫星,我们需要等火星与地球距离比较近的时间段进行发射,通常每26个月才能有一次机会。如果此时发射可以节省大量燃料,并且发射总耗费时间也会得到极大缩减,提升探索效率。

航天器发射后会发生什么(为什么发射航天器会有发射窗口一说)(4)

以月为单位的发射窗口: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,主要针对探月工程。我们都知道月球绕地球一圈时间约为27天,因此绕月探索的航天器发射周期可以做到每月一次。比如我国嫦娥系列探测器基本上都是在月初或月末进行发射。

航天器发射后会发生什么(为什么发射航天器会有发射窗口一说)(5)

以天为单位的发射窗口: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。对于一般的卫星,只要发射时发射场气候条件满足要求、轨道倾角满足要求即可进行发射,窗口时间一般较为宽。但是对于载人航天工程,因为要考虑到交会对接、航天员逃生系统正常使用等等一系列因素,所以载人航天的发射窗口一般较为精确。

航天器发射后会发生什么(为什么发射航天器会有发射窗口一说)(6)

那这次的零窗口是什么意思呢?简单来讲就是问天实验舱如果正好在22分22秒点火发射,待航天器进入预定轨道并进行某些变轨步骤后刚好在同一时间、以相同速度在空间的同一点能遇到天和核心舱,并可以迅速进行交会对接。因此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。

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听起来是不是感觉没有那么难,不就是俩物体正好在某一位置相遇吗?但实际上这个难度是十分大的。打个比方,小汽车A在高速路上以100 km/h速度行驶,并且车尾有一个笔帽,这时你开着车头绑有签字笔的小汽车B从某一入口进入高速追赶A,等追上A之后需要控制小汽车B慢慢靠近A,并使签字笔插在笔帽中,并且过程中A、B小汽车均不减速,笔帽也不能发生损坏。这时候你再想是不是难度一下就飞升了。而且航天器在太空中的速度可以达到7.8千米每秒,远非小汽车速度可比。

此外,发射窗口的选择受到各种因素的影响,除了火箭、飞船的研制进度外,影响发射时机的主要因素包括以下几个方面:

(1)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)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。

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(3)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)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。

所以,航天工程是一项系统、复杂且严谨的工作,任何一点因素都需要考虑在内,一切皆为航天任务的顺利完成。为我国的航天事业点赞,为我国辛勤工作的航天工作者点赞。

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