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发射窗口

发布日期:2010年10月01日字体: 【大】【中】【小】

发射窗口
  运载火箭发射时间的限定范围,又称发射时间窗口。早期火箭的发射窗口是根据光学观察条件来确定的,发射时间一般选择在凌晨或傍晚,这时太阳处于地平线的位置上,对飞行高度在数十公里的火箭,阳光能照射到火箭,而大地处于比较暗的环境中,产生较大的反差,形成较好的光学观察条件,以便对火箭飞行进行光学测量研究。

  在应用卫星出现后,卫星对发射条件的要求更为复杂,这时光学观察条件成为极为次要的条件。由于卫星的功能、用途各不相同,各类卫星对运载火箭发射条件有不同的要求,相应发射窗口也不尽相同。

  一般来说,发射窗口主要有下列约束条件:

  a. 太阳照射卫星飞行下方(星下点)地面目标的光照条件(如气象、资源等卫星);

  b. 卫星太阳帆板与太阳光线的相对关系(太阳能电池供电的要求);

  c. 卫星姿态测量精度要求的地球、卫星、太阳的几何关系;

  d. 卫星温度控制要求太阳只能照射卫星某些方向;

  e. 卫星处于地球阴影内时间长短的要求(太阳能电池供电的要求);

  f. 着落回收时间的要求(如返回式卫星、载人飞船等);

  g. 对卫星轨道面的特定要求(如移动通信卫星星座、轨道交会、轨道拦截等);

  h. 地球与目标天体相对位置的要求(如月球探测器、行星探测器等);

  i. 其它如地面跟踪测量条件、气象条件等。

  确定发射窗口,实际上是根据约束条件来确定飞行轨道与特定对象(如:太阳、月球、交会对象等)之间的相对位置,同时也选择适当的发射环境条件。在确定发射窗口时要对发射时间有影响的限制条件逐项加以分析和计算,通过综合分析,确定该任务的发射窗口。

  根据上面的约束条件,各类卫星的发射窗口一般有下列规律:

  (1) 资源卫星、照相侦察卫星、中轨道气象卫星等,要求对地面目标区域有较好的光照条件,发射窗口要选择在白天。载人飞船除了要对地观察外,同时要求在白天返回国内着落场,因此发射窗口也在白天。其发射窗口宽度则要受到姿态测量和温控的制约。另外卫星运行区域和载人飞船着落场区的气象条件也是发射窗口需要考虑的因素。

  (2) 地球同步卫星(包括地球同步通信卫星、地球同步气象卫星等)的发射窗口主要取决于太阳角、地影、日地张角、地面测量等约束条件,因此它与太阳位置、卫星姿态、轨道、卫星控制方式(自旋稳定方式或三轴稳定方式)、轨道变轨方式、卫星的布局形式以及地面站位置等有关。对不同的卫星即使轨道相同,发射窗口也有可能有较大的差别。一般说,由于发射地球同步卫星时火箭发射段的航程较长,发射点所在的子午面与转移轨道主轴(轨道近地点与远地点的连线)的夹角较大,而卫星的变轨操作等都是在转移轨道的远地点进行的,如果为了满足太阳角和日地张角等的约束,远地点应处在白天环境下,这时地球同步卫星的发射就要在晚间进行。发射窗口宽度一般为1小时左右。

  太阳在天球上位置是不断变化的,它以年为周期,相应发射窗口在一年中也要随之变化,下图为某一地球同步卫星的发射窗口在一年中的变化情况:
 

  (3) 卫星星座、轨道交会、轨道拦截等发射任务的发射窗口。由于要求将卫星(航天器)送入惯性空间中预定的轨道面、因此对发射时间有更严格的要求,发射时间由轨道面在惯性空间中的指向(轨道升交点赤径)确定,在一天24小时内都有可能。发射窗口的宽度取决于轨道面的误差要求。如发射铱星(移动通信卫星星座)轨道面的允许误差为 ±0.18°,对应发射窗口时间宽度为 ±43秒钟。由于发射窗口宽度极小,一般称为零窗口。

  在零窗口发射时火箭的发射时间几乎没有调整的余地,通常采用定时控制火箭点火的办法来实现零窗口的发射。如果火箭不能准时发射,则要推迟发射,等待下一次发射窗口,甚至要推迟一天或若干天才能发射。所以零窗口发射对火箭可靠性提出了更高的要求。

  运载火箭可以采用轨道机动的办法来扩大发射窗口的宽度,但这要求火箭提供更大的运载能力来补偿由于轨道机动引起的运载能力损失。

  (4) 月球探测器和行星探测器的发射窗口主要取决于目标天体(月球或行星)的位置,发射必须在地球与目标天体处于一定的相对位置之时间范围内进行。如果错过这段时间,地球与目标天体的相对位置发生变化,则相应要调整火箭的发射方位角或飞行路线。

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