互动 | 学勉中学地理高级教师葛永锋:航天发射如何“挑宝地、选良辰”?

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钱江晚报·小时新闻记者 王湛

长征、东方红、尖兵、风云、中星、神舟、天舟、天宫、悟空、墨子、张衡、嫦娥……同学们,你听说过这些别致的名字吗?

这些是中国航天实现“飞天梦”的具体任务,每一个名字蕴含现代科学与传统文化的跨时空融合,体现着航天人的科学梦想和浪漫情怀。

今天,随着核心舱的升空,我们还邀请到了诸暨市学勉中学地理高级教师葛永锋,来给我们科普航天选址以及发射选时的相关知识。

航天发射如何“挑宝地、选良辰”

1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功,拉开了中国人探索宇宙奥秘、和平利用太空、造福人类的序幕。

1958年建成的酒泉卫星发射中心、1967年开始建设太原卫星发射中心、1970年开始建设的西昌卫星发射中心,2014年建设文昌航天发射场,这四大卫星发射中心,成为支撑中国航天发展的根本基石。

从酒泉到太原,从西昌到文昌,50多年来,中国航天发射场形成了沿海内陆、高低纬度、各种射向相结合的科学合理的战略格局。

发射卫星、航天器都是天大的事情,必要“挑宝地、选良辰、摘吉日”。良辰吉日意思是说需要有优良的气象天文条件作为保证。

“挑宝地”

一般发射场地纬度越低越好,最好接近赤道地区,因为纬度越低,地球自转的线速度度越大,航天器的惯性离心力大,而且受到的地转偏向力小,有利于发射,能节省燃料;

地势平坦开阔,地质结构稳定;

良好的气象条件,风速小,晴天较多,大气的透明度好;

人烟稀少,地形隐蔽,不易被外界发现,有建立禁区的可能;

交通便利,便于箭体、航天器的运输;

临海的发射场,海洋成为火箭残骸理想的安全坠落区。

“选良辰”

一般来说,火箭发射需要“温和”的气象指标,包括温度适宜、风速合适、地面到高空不能有强的风切变,不能有雷电、强降水等强对流天气等等。

像在文昌发射基地,火箭发射的最大气象考验是“三高三强”,即高温、高湿、高盐,强台风、强雷暴、强降水。选择在汛期,频繁出现的雷电、短时大风的预报是气象服务保障的重点,也是难点;非汛期很少有雷暴、强降水天气,那么风就成为关键的气象因素。

正因适宜的天气状况是必要发射条件之一,发射火箭需要天气合适的窗口时间,窗口期长度和精度因任务不同而存在较大差异,有的以天计算,有的以小时计算,有的则以分秒计算。

发射窗口是一个确定的时间点,如果一秒都不能差,就叫“零窗口”发射。在发射“天舟一号”时,正值海南岛气候由干季向雨季转换,午后强对流、雷暴等危险天气越发频繁,因此气象保障也很关键了。不过“天舟一号”发射当时发射场天气晴朗、水汽充沛、整体没有雾、无降水无雷电、近地强风比较小,正是适宜火箭发射的天气。

为什么我国的载人飞船发射选在酒泉

载人飞船发射地之所以选在酒泉,是考虑到载人飞船正常着陆的安全。载人飞船的着陆场通常要选择在广袤平坦、人迹罕至的地方,这既可避免返回舱在着陆时因撞到特殊地形而受损,确保航天员的安全,又能防止返回舱在降落时砸到人。目前,我国载人飞船的主着陆场——四子王旗,就可满足全部条件。

那么,选择着陆场与选择发射场之间又有什么关系呢?

飞船在太空中的飞行轨道与地球赤道间有一个夹角,叫轨道倾角,这个倾角由任务需要而定。由于改变轨道倾角需要消耗大量燃料,飞船从发射到返回,轨道倾角不会有太大的变化。而飞船绕地球转一圈的时间跟地球自转时间比要短得多,在相同倾角下,每一圈又会经过不同的地方。根据轨道的这些特点,如果在酒泉卫星发射中心发射,飞船飞行若干圈后,将在理想的着陆场着陆。

原来,给载人飞船选发射场和着陆场就像给地铁选车站,不仅站点有讲究,“行程”也相对固定。不过,选择酒泉作为载人飞船“始发站”,不仅要考虑“终点站”的问题,还要考虑“临时站”的问题。这个“临时站”,就是飞船逃逸的着陆场。

一般发射最易出故障的时段是起飞段,所以在以发射台为原点,延发射方向的一个扇形面内要无建筑和人员,便于航天员逃生。

飞船逃逸的着陆场比正常返回的着陆场还重要。我国载人火箭一般向东偏南方向发射,太原、西昌两大卫星发射中心在这一方向上均有人口稠密、地形复杂的地区,而酒泉卫星发射中心东南方的地貌则以沙漠、戈壁为主,是着陆场的不二选择。

文昌卫星发射中心

主要承担大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务,是我国最年轻、最先进、最生态的航天发射场。

文昌发射中心是中国首个滨海发射基地,发射场完全对外开放。

2016年11月3日,我国新一代大型运载火箭长征五号从文昌航天发射场首飞成功,实现了我国火箭运载能力由10吨级到20吨级的重大跃升,标志着我国运载火箭实现升级换代,跨入世界大吨位火箭发射行列,对我国从航天大国迈向航天强国具有里程碑意义。

长征五号B的首飞成功,标志着空间站工程建设进入了实质阶段。从此,文昌航天发射场全面进入载人空间站建设、火星探测、月球采样返回等重大航天工程任务期,必将成为中国空间站的“母港”和补给基地。

文昌航天发射场将广泛运用人工智能和自动控制技术,实现设施设备系统现代化和管理能力现代化,具备快速机动发射和重型火箭发射测控能力,中国航天将从这里向更远的深空进发。

酒泉卫星发射中心

又称为“东风航天城”,组建于1958年10月,是我国创建最早、规模最大的卫星发射中心,是我国唯一的载人航天发射场。

该中心所在地属于西北极端干旱区,属于内陆及沙漠性气候,降水极少,年降水量仅为76.9 毫米,且变率大,空间、季节分布不均,主要集中在6 月至9 月。这里地势平坦,人烟稀少,一年四季多晴天,云量小,日照时间长,可为航天发射提供良好的自然环境条件。每年约有300天可进行发射。

太原卫星发射中心

太原发射中心始建于1967年,是我国自主建设的第一座火箭卫星发射场。

该中心地处黄土高原晋西北山麓,属寒温带半干旱大陆性季风气候,四季分明,春季干旱少雨,降水集中在夏季,冬季寒冷干燥。昼夜温差较大,日照充足,湿度较小。无霜期只有90天,全年平均气温5℃。该中心所在地气候干燥,年平均降水日数偏少,发生强对流天气的时间较集中,出现影响能见度的雾霾天气概率较小,有利于卫星发射。

西昌卫星发射中心

西昌具有“天然发射场”的优越条件:一是纬度低(北纬28.2 度),海拔高(1500米),发射倾角好,地空距离短。纬度越低离赤道越近,这既可充分利用地球自转的离心力,又可缩短地面到卫星轨道的距离,从而增加火箭的有效载荷。二是峡谷地形好,地质结构坚实。这样的条件有利于发射场的总体布局,对地面发射设施、技术设备及跟踪测量和通信布网有利,能满足多个发射场的建设。三是晴好天气多,发射窗口好。海拔高,属亚热带气候,西昌年平均气温16.9℃,全年地面风力柔和适度,是全国气候变化最小的地区之一,日照多达320 天,几乎没有雾天,允许发射的“发射窗口”较多。

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133****0126
133****0126

这些知识很凡尔赛

2021chen
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好好学习吧

平安一生
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熊熊嘛
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