影响火箭发射的高空风是什么?

  中新网北京12月22日电 题:影响火箭发射的高空风是什么?

  作者 郭超凯 高崇芮

  12月22日,长征八号运载火箭在中国文昌航天发射场首飞成功,为新一代运载火箭“十三五”期间的发射任务画上了圆满句号。长征八号火箭原定于12月20日发射,但高空风异常致使发射时间推迟了2天。何为高空风?火箭发射如何应对高空风?记者采访航天专家,一探究竟。

北京时间12月22日12时37分,长征八号运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射,以“一箭五星”的方式将5颗卫星送入预定轨道。万珂 摄

  (一)何为高空风?

  火箭发射是一项高风险的复杂系统工程,极容易受到各种因素的影响,就连雷电、温度、风等天气因素,都会影响火箭发射。在诸多天气因素中,要属高空风对发射的影响最为突出。

  高空风一般距离地面4到20公里。中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院长征八号火箭控制系统主任设计师潘豪介绍:“火箭在飞行过程中会穿越大风区,遭受强烈气流冲击。”他解释道,人在骑自行车时,如果侧面突然吹来一阵大风,会被吹偏。在太空中,这种横向的侧风比人们在陆地上感知的风要强得多,这会影响到火箭的飞行姿态。如果风速过大,还可能导致箭体弯曲变形,损坏火箭结构甚至导致解体。对于火箭来说,高空风就像设在空中的一道“关卡”,必须闯过这关,才能获得成功。

  为了让火箭能够顺利“闯关”,发射前观测、预报高空风,必要时调整发射时间,避开恶劣风况,成了火箭发射前必不可少的环节。2019年SpaceX猎鹰重型火箭首次商业发射就曾因为高空大风而推迟。

  这次长征八号火箭发射也差点与高空风插肩而过。“我们一开始瞄准的发射时间比实际发射时间早,但就在发射前一天,科研人员预测到发射场上空高空风异常,不适合发射,因此根据气象商会的结果,将发射时间推迟了2天。”中国运载火箭技术研究院长征八号火箭副总设计师吴义田说。

北京时间12月22日12时37分,长征八号运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射,以“一箭五星”的方式将5颗卫星送入预定轨道。宿东 摄

  (二)如何应对高空风?

  近年来中国运载火箭技术研究院一直在开展相关研究,采取了一系列措施降低高空风对火箭发射的影响,包括统计近10年发射场上空风速、风向等情况,在火箭设计阶段就根据最大概率会出现的风向和风速开展针对性设计等。此外,每次发射前,科研人员还需要对发射日高空风进行测量和预报,通过设计火箭飞行程序角进行高空风补偿。

  吴义田表示:“人在风中打伞,为了拿稳伞,习惯将伞的方向对准风的来向,以消除横向载荷。高空风补偿的方法和人打伞一致,在可能的情况下,火箭纵轴指向火箭相对地球大气运动速度方向,使火箭纵轴与火箭相对地球大气运动速度方向之间的夹角为零。”不过,这种方法只能在火箭起飞达到一定速度后使用,并且不能突然加入。

  在长征八号火箭研制中,科研人员还采用了一些新方法,如自主抗干扰控制法。潘豪说:“这种方法让火箭在飞行过程中,能够一边辨识一边补偿干扰。换言之,火箭在感受到风吹过来后,可以产生相应的动作来减弱风的干扰。”不过,此次长征八号火箭首飞的发射情况特殊,高空风速过大,为了更加稳妥完成发射任务,科研人员最终选择将发射时间从12月20日调整至12月22日。

  吴义田称:“在火箭设计阶段,如果将风场考虑得过严,就会导致设计偏保守,火箭结构过重,反之又会导致设计偏冒进,火箭结构轻,导致发射日风载荷高而无法实施发射的情况。如何更好地平衡两者之间的关系、更好地解决高空风对发射的影响,还需要未来进一步探索。”(完)

【编辑:叶攀】