众所周知,一般包括卫星在内的航天器在发射前都会提到一个词,“窗口期”。那么这个窗口期是如何确定下来的?又是如何准备火箭发射的工作?
首先我们先来了解一下,卫星发射的窗口期。
01 卫星发射的窗口期
窗口期指的就是卫星选择具体那一天几点几分发射,窗口期的选择一般是根据航天器本身的要求,及外部多种限制条件经综合分析计算后确定的,指的是运载火箭发射比较合适的一个时间范围。具体的筛选条件如下:
火箭入轨的的地理位置在测控弧段里面,卫星受控;
卫星发射到卫星入轨以后,能够见到太阳便于太阳帆板展开,保证卫星的能力;
保证卫星从准备轨道向目标轨道变轨的时候推进剂最小,保证卫星的寿命更长。
那么,经常在新闻中能看到的“零窗口发射”又是什么情况呢?
“零窗口发射”指的是是指在一定长度的发射窗口时间内,紧贴窗口上沿即最优时间实施发射,而且时间误差只能在正负1秒间。在合适的窗口发射,可以把飞行器送到最佳位置,而且能在变轨过程中节省燃料。如果错过这个时刻,就只能推迟发射,重新寻找“零窗口”。
影响这个窗口的一般是光照以及天气的因素。
02 燃料加注
按照传统惯例,火箭一般会在临发射前48小时加注燃料,而加注燃料就意味着火箭进入“不可逆”状态,加注时间点越往后推迟对任务实施越友好,便于发现问题解决问题。
以执行北斗收官之星发射任务的长征三号乙改三型遥七十二运载火箭为例,“改三型”属于增强运力型号,与长征三号乙标准型相比,芯一级加长1.488米,助推器加长0.768米,改进措施使得推进剂增加了将近20吨,地球同步轨道运力也从5.1吨升级至5.5吨。
长征三号乙此前加注燃料的助推器与芯一二级采用的燃料是四氧化二氮与偏二甲肼,此种燃料有剧毒、强腐蚀属性,一旦加注就进入不可逆状态,如果泄出就意味着火箭箭体报废,需要更换新箭体。当时北斗系统收官之星发射从发现故障到重新选择窗口期发射,只用了一周左右的时间。可见即便助推器、芯一级、芯二级完成四氧化二氮与偏二甲肼剧毒燃料加注,也仍然有较长时间余量用于排故并选择新的时间窗口发射,再加上去任务模块化的生产工艺,得以在短时间内重新选择窗口期发射。
03 火箭从发射架到点火,会经历什么
一般情况下,火箭从发射架到点火,中间会穿插载荷测试、发射演练、状态检查、燃料加注等等的环节。
其中,载荷测试是火箭转场之后非常重要的工作。这是因为载荷是火箭带卫星上天的重要功能。有很多载荷上箭之后就会断电,依靠自身电池供电,为节约电量,载荷会进入休眠模式,那么就会在发射前进行数次唤醒测试。如果火箭发射程序产生改变,有些载荷还要调整其控制指令(比如太阳能帆板展开等)。
发射演练是整个发射场所有环节的工程师联动的重要环节,包括数字模拟演练和实物演练。
数字模拟演练即演练一整套的发射程序,主要对火箭和载荷控制时序进行演练,相关工作人员通过演练熟悉并检查整个流程。
实物演练会将所有发射流程彻底地、尽可能完整地进行一遍,所有在最终发射现场工作的人员必须参加,类似抱臂打开、阵地人员回撤等等的细节操作都会演练。
其他的像是状态检查、气象监测等等都是无时无刻在进行当中。可以说,卫星升空以及火箭发射是一个复杂而庞大的工程,远远没有我们“围观”时寥寥数字展现出来的那般简单,每个大国重器的背后,都离不开背后所有科研人员的默默付出!