“发射窗口”有讲究

路遥

2016年8月16日1时40分，中国在酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。

2016年9月15日22时04分，中国在酒泉卫星发射中心用“长征二号F T2”运载火箭将“天宫二号”空间实验室发射升空。

2016年10月17日7点30分，“神舟十一号”飞船搭乘“长征二号FY11”运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空，顺利将两名航天员送入太空，并于19日凌晨与“天宫二号”成功对接。

2016年12月28日11时23分，我国在太原卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭成功将我国首个自主研制的0.5米级高分辨率商业遥感卫星“高景一号”发射升空。此次任务还搭载发射了我国首颗中学生科普小卫星——“八一·少年行”卫星。

细心的可可豆们发现什么有趣的地方了吗？啊哈，同样是火箭发射，为什么有的在凌晨，有的在深夜，有的在清晨，有的在中午呢？这里面有什么学问吗？

今天，我们就来认识一下与卫星发射时间相关的专业术语——发射窗口，探索一下发射窗口与发射时间的关联和秘密。

发射窗口——冲向太空的最佳时机

其实，运载火箭本身对于发射时间是没有特殊要求的，除非遇到极端恶劣天气。真正限制发射时间的，是火箭的“乘客”——卫星、航天飞船等航天器。运载火箭和航天器能够携带的动力能源是有限的，要想让航天器准时到达特定位置，从火箭发射到航天器入轨、变轨等每一个环节必须掐准时间，才能让整个过程中的能源消耗最少。这样一来，就有一个“最优”的发射时间范围，这个时间范围就被称为发射窗口。发射窗口有“宽”有“窄”，“宽”的时间范围可以达几个小时甚至几天；而“窄”的可能只有几十秒，甚至必须在指定的时刻准时点火发射，一秒钟都不能耽搁——这样精确到秒的发射时间就有了一个专门的称呼——零窗口。

发射窗口有三种类型：

●年计窗口：以某一年内连续的月数表示，适用于行星际探测任务。如发射哈雷彗星探测器。

●月计窗口：以某个月内连续的天数表示，适用于行星和月球探测任务。如发射月球探测器。

●日计窗口：以某一天内某时刻到另一时刻的形式表示，适用于卫星、飞船和空间站等飞行器的发射。

不管是哪种航天器，最后的发射窗口都会以“某年某月某日的某点某分到某点某分（有时候甚至精确到秒）”的形式呈现，例如我国首颗绕月人造卫星“嫦娥一号”发射窗口确定在2007年10月24日侣时5分至18时40分。在这一时间段内，发射时间越靠前越好——如果在最后一分钟发射，那么相比在第一分钟发射，“嫦娥一号”会多消耗120千克燃料才能到达既定轨道，而“嫦娥一号”总共携带的燃料只有1200千克！最终，在航天人的努力下，“嫦娥一号”在18时5分4秒点火发射，紧贴着发射窗口的“上沿”，所节约的燃料让“嫦娥一号”延长了四个月的“寿命”，这是一个很了不起的成就。

发射窗口如何确定？

一旦确定发射，工程师们就会遵循一整套科学、规范的流程，计算出发射窗口，选择机会。

天体与地球的相对位置——越近越好。影响发射窗口的因素有很多，首先要考虑的是天体与地球的相对位置。举个例子来说吧，如果我们想探测火星，最“节约”能源的方法就是在火星离地球较近的某一个时间段内发射火星探测器，这样探测器能以最少的燃料消耗到达火星，这个时间段就是发射窗口。火星每26个月接近地球一次，所以火星探测器的发射窗口要两年多才“开启”一次。而对于近地轨道卫星来说则不存在这个问题，几乎每天都可以发射。

航天器工作条件——太阳太阳我需要你。航天器的工作条件也是决定发射窗口的重要因素。很多人造卫星以太阳能为能源，这就需要在入轨点的位置有太阳光照；还有一些主要任务是对地观测的人造卫星，如资源卫星、海洋卫星等，需要在白天经过地面目标，如果不巧在晚上经过，卫星“两眼一抹黑”，看不清地面的情况，也就没法完成观测任务。这些卫星的发射窗口就是根据它们在特定时间到达特定位置的需求倒推出来的。

对航天器的测控需求——不是说走就走。航天器進入太空以后，需要与地面保持联系，以便工作人员对其进行跟踪和控制。例如月球探测器在发射升空、与火箭分离后，还会有2—3次方向修正，靠近月球后还要进行变轨，这些操作都是由地面控制台进行的。如果发射时间没有设计好，在这些关键时刻探测器和控制台正好一个在地球这面，一个在地球背面，那就无法及时发出指令，导致执行航天任务时受到影响甚至遭受失败。上面我们说到的都是单一航天器的情况。如果涉及两个航天器对接的“高难度任务”，对于发射窗口的要求就更加精确和严格了。例如“神舟十一号”飞船与“天宫二号”的对接，这一任务的特殊性要求飞船恰好在“天宫二号”经过时抵达轨道，否则会大大增加交会对接时的燃料消耗，因此飞船的发射窗口主要根据“天宫二号”的运行轨道和运行状态来确定。

除此之外，还有很多因素也会影响发射窗口的确定，比如天气情况、发射准备时间等。有时候这些条件甚至会相互矛盾，工程师们需要综合考虑各方面的要求，才能选择一个最合适的发射窗口。

看了上面的介绍，才明白看似随意的发射时间背后竟然有这么多学问！现在问题来了一我国首颗微波遥感卫星“高分三号”是一颗太阳同步轨道卫星，一天有——个发射窗口。

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