“發射窗口”有講究

路遙

2016年8月16日1時40分，中國在酒泉衛星發射中心用“長征二號丁”運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。

2016年9月15日22時04分，中國在酒泉衛星發射中心用“長征二號F T2”運載火箭將“天宮二號”空間實驗室發射升空。

2016年10月17日7點30分，“神舟十一號”飛船搭乘“長征二號FY11”運載火箭在酒泉衛星發射中心發射升空，順利將兩名航天員送入太空，并于19日凌晨與“天宮二號”成功對接。

2016年12月28日11時23分，我國在太原衛星發射中心用“長征二號丁”運載火箭成功將我國首個自主研制的0.5米級高分辨率商業遙感衛星“高景一號”發射升空。此次任務還搭載發射了我國首顆中學生科普小衛星——“八一·少年行”衛星。

細心的可可豆們發現什么有趣的地方了嗎？啊哈，同樣是火箭發射，為什么有的在凌晨，有的在深夜，有的在清晨，有的在中午呢？這里面有什么學問嗎？

今天，我們就來認識一下與衛星發射時間相關的專業術語——發射窗口，探索一下發射窗口與發射時間的關聯和秘密。

發射窗口——沖向太空的最佳時機

其實，運載火箭本身對于發射時間是沒有特殊要求的，除非遇到極端惡劣天氣。真正限制發射時間的，是火箭的“乘客”——衛星、航天飛船等航天器。運載火箭和航天器能夠攜帶的動力能源是有限的，要想讓航天器準時到達特定位置，從火箭發射到航天器入軌、變軌等每一個環節必須掐準時間，才能讓整個過程中的能源消耗最少。這樣一來，就有一個“最優”的發射時間范圍，這個時間范圍就被稱為發射窗口。發射窗口有“寬”有“窄”，“寬”的時間范圍可以達幾個小時甚至幾天；而“窄”的可能只有幾十秒，甚至必須在指定的時刻準時點火發射，一秒鐘都不能耽擱——這樣精確到秒的發射時間就有了一個專門的稱呼——零窗口。

發射窗口有三種類型：

●年計窗口：以某一年內連續的月數表示，適用于行星際探測任務。如發射哈雷彗星探測器。

●月計窗口：以某個月內連續的天數表示，適用于行星和月球探測任務。如發射月球探測器。

●日計窗口：以某一天內某時刻到另一時刻的形式表示，適用于衛星、飛船和空間站等飛行器的發射。

不管是哪種航天器，最后的發射窗口都會以“某年某月某日的某點某分到某點某分（有時候甚至精確到秒）”的形式呈現，例如我國首顆繞月人造衛星“嫦娥一號”發射窗口確定在2007年10月24日侶時5分至18時40分。在這一時間段內，發射時間越靠前越好——如果在最后一分鐘發射，那么相比在第一分鐘發射，“嫦娥一號”會多消耗120千克燃料才能到達既定軌道，而“嫦娥一號”總共攜帶的燃料只有1200千克！最終，在航天人的努力下，“嫦娥一號”在18時5分4秒點火發射，緊貼著發射窗口的“上沿”，所節約的燃料讓“嫦娥一號”延長了四個月的“壽命”，這是一個很了不起的成就。

發射窗口如何確定？

一旦確定發射，工程師們就會遵循一整套科學、規范的流程，計算出發射窗口，選擇機會。

天體與地球的相對位置——越近越好。影響發射窗口的因素有很多，首先要考慮的是天體與地球的相對位置。舉個例子來說吧，如果我們想探測火星，最“節約”能源的方法就是在火星離地球較近的某一個時間段內發射火星探測器，這樣探測器能以最少的燃料消耗到達火星，這個時間段就是發射窗口。火星每26個月接近地球一次，所以火星探測器的發射窗口要兩年多才“開啟”一次。而對于近地軌道衛星來說則不存在這個問題，幾乎每天都可以發射。

航天器工作條件——太陽太陽我需要你。航天器的工作條件也是決定發射窗口的重要因素。很多人造衛星以太陽能為能源，這就需要在入軌點的位置有太陽光照；還有一些主要任務是對地觀測的人造衛星，如資源衛星、海洋衛星等，需要在白天經過地面目標，如果不巧在晚上經過，衛星“兩眼一抹黑”，看不清地面的情況，也就沒法完成觀測任務。這些衛星的發射窗口就是根據它們在特定時間到達特定位置的需求倒推出來的。

對航天器的測控需求——不是說走就走。航天器進入太空以后，需要與地面保持聯系，以便工作人員對其進行跟蹤和控制。例如月球探測器在發射升空、與火箭分離后，還會有2—3次方向修正，靠近月球后還要進行變軌，這些操作都是由地面控制臺進行的。如果發射時間沒有設計好，在這些關鍵時刻探測器和控制臺正好一個在地球這面，一個在地球背面，那就無法及時發出指令，導致執行航天任務時受到影響甚至遭受失敗。上面我們說到的都是單一航天器的情況。如果涉及兩個航天器對接的“高難度任務”，對于發射窗口的要求就更加精確和嚴格了。例如“神舟十一號”飛船與“天宮二號”的對接，這一任務的特殊性要求飛船恰好在“天宮二號”經過時抵達軌道，否則會大大增加交會對接時的燃料消耗，因此飛船的發射窗口主要根據“天宮二號”的運行軌道和運行狀態來確定。

除此之外，還有很多因素也會影響發射窗口的確定，比如天氣情況、發射準備時間等。有時候這些條件甚至會相互矛盾，工程師們需要綜合考慮各方面的要求，才能選擇一個最合適的發射窗口。

看了上面的介紹，才明白看似隨意的發射時間背后竟然有這么多學問！現在問題來了一我國首顆微波遙感衛星“高分三號”是一顆太陽同步軌道衛星，一天有——個發射窗口。

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