神舟十五号将会在世界协调时6月3日22点26分(北京时间6月4日)黎明前降落?
我国官媒还没公布神舟十五号返航的具体时间,外网又已经有人知道了,还给出精确的时间,这是怎么回事?有人泄密?
外网怎么知道我国飞船发射和着陆时间?从过去经验来看,每次我国官媒还没公布神舟飞船的发射时间和着陆时间,网上就已经有人知道大致时间,如今更厉害,连精确时间都预测出来了。
早在5月16日,外媒就有网友预测,神舟十六号发射时间是北京时间5月30日上午09时26分37秒(±1分钟)。
如今神舟十六号发射时间虽然还没公布,但从央视节目单来看,神舟十六号的发射时间确实是5月30日上午,精确时间要等到5月29日的神舟十六号发布会才会公布。
从过去的经验来看,网友预测的时间非常精准,举个例子,国内博主PhilLeafSpace曾发文表示:神舟十四号将在6月5日10点44分发射,后来神舟十四号也确实是在6月5日10时44分发射,和预测的时间一模一样。
从过去的经验来看,网友们的预测其实准确率非常高,那他们是怎么做到这一点的呢?
其实并非是有人泄漏,而是网友可以根据空间站的轨道信息,利用专业的工具,计算出神舟飞船最佳发射日期。
我们简单聊一聊。
神舟飞船需要和空间站对接,目前有两种对接方法:一种是空间站不调整轨道,飞船发射后自己调整轨道,只要时间足够长,总会追得上。好处是不用发射窗口,只要保持发射时刻保持同轨道面,每天都可以发射;缺点也很明显,交会对接的时间不固定,几小时-5天都有可能。
另一种是空间站调整轨道,飞船可以在短时间实行交会对接,缺点是空间站需要消耗推进剂,提前变轨。
我国空间站为了迎接神舟飞船,会提前变轨,也就是轨道升高。按照我们的理解,高度差越小,应该越能快速追上,空间站为啥要把轨道高度变高呢?
这其实是因为,轨道越低,运行角速度越快。空间站在距离地球约400公里的轨道上,绕地球一圈只需要90分钟,月球在距离地球38万公里高度上,绕地球一圈需要一个月。所以当空间站升高后,飞船轨道低于空间站,飞船就能以更快的角速度追上空间站,当两者轨道高度相同的时候,就可以实现交会对接了。就相当于我们跑操场,跑内圈的能在短时间追上跑外圈的,所以空间站轨道升高,其实有利于交会对接。
我国空间站在神舟飞船发射之前,会先升高轨道高度。但是只升高高度还不够,还要让空间站和飞船保持在同一轨道上。
这是因为,同一轨道面内的变轨机动,比改变轨道面节省能量。如果飞船轨道和空间站轨道不在一个平面上,哪怕只有1°的差异,都需要耗费大量的能量,而且还需要更长的时间对接,非常不划算。
我国神舟飞船都是在酒泉卫星发射中心发射,酒泉卫星发射中心位于北纬40°,东经100度。中国空间站的轨道倾角是41.5度,由于地球自西向东自转,所以空间站的轨道平面会依次略过不同位置,当空间站的轨道平面即将要略过酒泉卫星发射中心,就是火箭发射的“零点”,这也就是火箭发射的“零窗口”,之所以是“即将重合”,是因为飞船飞行还需要时间,需要打出提前量。
“零窗口”就是发射时间只有1秒,这个时间实在是太短了,一般会用“窗口时间”,也就是说错开零窗口,飞船也可以发射,但这个时候飞船和空间站的轨道面不一致,不过问题不大,可以通过火箭机动变轨(俗称狗腿机动,因为形状像狗腿而得名),改变轨道面。
(猎鹰火箭的狗腿机动线)
优点是,对发射时间要求没那么严苛;缺点是,由于火箭需要消耗燃料变轨,所以有效载荷会降低。
我国采取的是“零窗口”发射,也就是火箭发射必须要精确到秒,这样的好处就是节省燃料,可以携带更多的载荷。
为了应对万一,我们在“零窗口”的基础上增加了2分钟左右的“窄窗口”,如果火箭起飞时间的偏差在2分钟以内,火箭可以根据起飞时间,自行修整飞行轨迹,也就是“狗腿机动”。
了解了这些,我们就来看空间站的轨道信息。
空间站轨道信息我国空间站的轨道参数是公开的,在“中国载人航天”网站上就可以查询到。
1 48274U 21035A 23146.00000000 .00022771 00000-0 28795-3 0 9995
2 48274 41.4747 290.7039 0010804 243.7068 43.3879 15.60852623118379
相信很多人看到这些数字都一脸懵,啥,啥,啥,这是啥?
其实这些参数都有对应的数据。
先从第一行开始说起:
1是行号
48274是卫星目录编号
U是轨道根数分级(U是不保密级)
21035A国际编号
23146.00000000轨道根数纪元
.00022771平均运动关于时间的一阶倒数
00000-0平均运动关于时间的二阶导数(省略前导小数点)
28795-3是B*阻力系数
0轨道根数类型
999参数编号
5校验位
第一行分析完了,接下来说第二行。
2是行号
48274是卫星目录编号
41.4747轨道倾角(单位°)
290.7039升交点赤经
0010804偏心率(省略前导小数点)
243.7068近地点俯角(单位°)
43.3879平近点角(单位°)
15.60852623平均运动周期(转/天)
11837发射以来飞行的圈数
9校验位
heavens-above也是一个航天器跟踪网站,它会给出航天器的轨道高度、倾角、轨迹等。因为中国空间站为了和神舟飞船对接,所以会提前升高轨道。
当然了,空间站为了躲避太空垃圾,或者其他卫星的恶意靠近,也会变轨,但是中国空间站大致是180天换班一次,如果刚好在两个神舟乘组轮换阶段出现变轨,就可以看出空间站是在为神舟飞船对接做准备。
神舟飞船和空间站都在近地轨道上运行,近地轨道上的发射窗口是以“天”计算的,也就是说,每天都有发射机会,“零窗口”可以计算出每天最适宜发射的窗口,但是别人是怎么知道具体发射日期呢?
这就要提到我国的快速交会对接模式了,我国神舟十五号采用的是快速交会对接模式,好处是快,但缺点是对发射窗口要求更高,因为想要保证飞船在几圈内追上空间站,就必须保证飞船入轨时的位置,和空间站相隔不远,如果错过一个发射窗口,等下一个发射窗口要等好几天。
因为发射窗口不再是按“天”计算,而是好几天才会有一个发射窗口,再结合神舟十六号的动态,比如:垂直转运,垂直转运后还需要一系列的准备工作,通常要1周左右,综合推断之后,就可以计算出神舟十六号的具体发射时间。
飞船返回窗口
神舟飞船返回时,也需要考虑空间站轨道平面和着陆场的位置。
由于飞船在返回阶段携带的燃料并不多,所以飞船需要等待地球自转,等到通讯、气象、着陆位置都满足返回舱着陆要求的时间窗口。
过去神舟飞船需要绕地球十几圈才能找到这个返回窗口,但现在采用快速返回技术的神舟飞船,只需要绕行5圈就可以进入返回轨道,降落到预定着陆场。
不过这个时间窗口有很多,不像发射窗口那么少,按理说很难预测。既然如此,为啥外网还能预测到飞船的返回窗口?
其实外网的网友已经给出了答案,那就是得到了“NOTAM”的确认。
“NOTAM”就是航行通告,火箭发射或者飞船着陆都会发航行通知,也就是设置“禁飞区”,通过禁飞区的时间,大致可以推算出返回时间。
不过,飞船返回受气象,风向影响较大,返回时间不可能会精确到秒以及精确到预定着陆点着陆,而是会在大致时间和范围内。