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天舟四号凌晨发射,是为了保密吗?17国获批将参与中国空间站实验

天舟四号货运飞船发射任务取得圆满成功!

北京时间5月10日凌晨1时56分,搭载天舟四号货运飞船的长征七号遥五运载火箭,在我国海南文昌航天发射场点火升空,约600秒后“船箭分离”,成功将飞船送入预定轨道。

紧接着,天舟飞船按照预定程序先后完成了太阳能帆板展开、自主快速交会对接等任务,整个发射任务取得圆满成功。

正所谓“兵马未动,粮草先行”。天舟四号货运飞船既是我国空间站建设从关键技术验证阶段转向在轨建造阶段的首艘飞船,同时也承担了为神舟十四号3名航天员乘组提供6个月在轨驻留所需的吃穿用等物品、空间站组装建造、700公斤推进剂以及其他科学实验等载荷共计约5吨的物资保障。

我们要知道的是,空间站本质上属于可在近地轨道长时间运行、为航天员或科研人员提供巡访、工作以及生活的人造天体。

按照第一宇宙速度计算,空间站要保持绕地球飞行而不会掉下来,它平均每90分钟要绕地球飞行一圈,一天下来就是16圈,也就是说我国的空间站每天会从头顶飞过16次,白天晚上都是这样。

讲到这里,很多朋友或许有些不明白,通常情况下把工作放在白天做,精力相比晚上更加充沛才对,可为何许多航天器的发射要选择在深夜进行,像天舟四号等飞船更是选择在凌晨发射,并且火箭的发射还要精确到秒,难道这些都是为了保密吗?

其实不然,我国空间站建造是全球瞩目的航天工程,它完全是由我国独立自主研制并按照计划有序建造的,并且每次任务发射前都有很多媒体进行了跟踪报道。

包括已经发射过的天舟一号到天舟三号、神舟一号到神舟十四号等“天舟系列”货运飞船和“神舟系列”无人飞船或载人飞船,以及后续将发射的神舟十四号载人飞船、问天号实验舱、梦天号实验舱、天舟五号货运飞船、神舟十五号载人飞船等的发射都是或都将公开发射。

像此次的天舟四号货运飞船发射的几天前,《新闻联播》就有关于“天舟四号货运飞船与长征七号遥五运载火箭组合体垂直转运至发射区”的报道,而这也预示着几天后的天舟四号将“择机发射”。

除此之外,在天舟四号发射前的几个小时,直播镜头就已经在海南文昌航天发射场外围架设,通过画面我们也能清晰地看到距离发射还有多长时间的“倒计时”提醒。

由此可见,航天器的发射选择在晚上甚至是在很多人困意十足的凌晨进行,不是有什么“秘密”不便于公开。

并且相反,我国空间站的“格局”要比国际空间站更大,不像国际空间站那样仅限于16个国家或者其盟国使用,甚至被某一国利用而成为排挤他国的“工具”。

随着我国空间站建造任务的全面展开,来自全球的不少国家也在申请加入我国空间站进行相关太空实验,最终首批包括德国、波兰、挪威、瑞士、法国、西班牙、印度、比利时、日本、沙特阿拉伯、墨西哥、秘鲁等17个国家成功入选,拿到了登上我国空间站的“通行证”,而美国因为“自身原因”,暂时被挡在我国空间站大门外。

实际上,火箭的发射是一项十分严格的任务,每一项流程的确认都有严格的要求,除了硬件设施和软件设施都必须满足发射条件外,对气象条件、资源配置最优化等方面也非常严苛。

而之所以要选择在凌晨发射航天器,主要是考虑到“窗口期”,包括天气状况对发射任务的影响、轨道最优化等,从而确保飞船实现自主快速交会对接等任务。

天气因素

天气方面,受南海夏季风爆发和一股较强冷空气南下的影响,我国南方尤其是华南地区进入今年入汛以来降雨最多的时段,局地或有大暴雨等极端天气的出现,所以水汽特别充足,空气湿度也特别高。

由于航天任务的发射,对气象条件要求特别高,像大风可能会把火箭吹倒或者火箭在飞行过程中需要耗费更多的燃料去调整角度,非常不利于发射,而少云、无风、晴朗能见度高这样的“好天气”对火箭发射最为有利。

但在这个多雨的季节,海南岛上像这样的“窗口期”非常少,因此要发射任务“争分夺秒”,否则一旦错过既定的“窗口期”就要等待下一个“窗口期”,一般少则一两天,多则三五天甚至更久,这样就会对总体发射计划造成影响。

不过,尽管近期华南雨水偏多,但由于凌晨气温比较低,气压梯度力要小一些、对流也比较弱,所以选择在凌晨“天气状况最优的时段”发射,发射任务更有保障一些。

火箭运载能力及充分利用有效载荷

当然,上文中也讲到,我国的空间站每天会从我们的头顶飞过16次,而对于航天发射任务而言,火箭飞行的”路径“越短、发射任务更有保障一些,所以在火箭发射前地面测控人员要进行周密计算。

而当空间站快要飞过发射场上空时,此时点火发射,火箭托举着天舟四号进入空间站所在的预定轨道,这样能够最大限度让飞船与空间站保持“同步”,其好处之一就是最大限度利用火箭的运载能力。

长征七号运载火箭采用的是“二级半”构型,它的近地轨道运载能力达13.5吨、地球同步转移轨道运载能力为5.5吨,而天舟四号货运飞船要奔赴的是约400千米的近地轨道,其总重刚好也是13.5吨。

“两点之间直线最短”,通过计算,当火箭“赶在”空间站快要经过发射场上空时将飞船送入轨道,实现两个人在天体“近距离相遇”,不必让天舟四号携带更多的燃料去“追”空间站,从而把“宝贵的运载能力”更多的运用到其他的方面,包括航天员半年的生活用品、空间站建造所需的实验载荷等,从而使得火箭的运载能力得到更好地发挥。

这就好比在大货车在公路上跑,假如某条路最大限重35吨,但是你的车自重就达到了20吨,那就只能装15吨的货物,如果车的自重降低2吨,就可以再多装2吨的货物,天舟四号携带的燃料减少就能装更多其他物资到空间站。

有利于地面追踪和观测

“万事俱备,只欠东风”,满足了这些条件还不够,还需要考虑如何对运行中的火箭进行更多的追踪以及火箭发射过程中掉落的助推器、一级火箭、整流罩可能对地面造成的影响。

在火箭发射前后以及发射过程中,会有很多的“跟踪设备”对火箭各种参数进行记录,以便进行分析,其中有一部分会用到光学望远镜进行观察。

相比白天太阳光线较强、大气反射等会对观测设备造成干扰,夜晚光线较暗,反倒有利于地面对这个巨大的“人造移动火球”进行追踪和观测。

而我国空间站在空中是沿着西南向东北方向,经过海南文昌航天发射场附近岛岸线不远的我国南海上空,所以火箭到底是向哪个方向发射,助推器等残片坠落对地面的影响也需要考虑进去。

火箭在发射上升阶段,为了降低其自身重量节省燃料,已经完成“使命”的助推器、整流罩等会按照预定程序脱落坠入大气层,虽然这些残片经过计算会有固定的“落区范围”,但也有可能“出圈”坠落到城市等人口稠密或有重要设施分布的区域,最大范围可以坠落到以发射场为中心方圆900千米的范围内,造成不必要的损失。

2016年9月15日,天宫二号在酒泉卫星发射中心发射升空,随后不久,其中一半的整流罩坠落到陕西榆林神木县(2017年4月10日撤县设市)村民家中,将村民房子的一角压垮,幸好在天宫二号发射前该村及附近区域的村民得到通知被提前撤离,否则后果不堪设想。

而天宫二号坠落的这一半整流罩形状比较完好,上面的电子采编储存器(俗称“黑匣子”)外观完好,从距离上来看,酒泉卫星发射场距离榆林神木超过900千米。

文昌航天发射场东北有粤西城镇群和粤港澳大湾区城市群、西南有三亚,再往西南就出了“九段线”到了越南东部的岘港市,西北则是海口、广西北海等城市,而东南则是我国广阔的南海海域,向这个方向发射,在惯性作用下能够使残片坠落到我国西沙群岛、中沙群岛、黄岩岛等海域,从而避开可能对地面造成的影响。

总之,我国的空间站建设走的虽然是独立自主的发展路线,但也有“三种合作模式”,分别是:申请者利用自行研制的试验载荷在我国空间站舱内开展试验、申请者利用我国提供的试验载荷在我国空间站舱内开展试验、申请者利用自行研制的舱外载荷在中国空间站舱外开展试验。

也就是说,满足了这“三种合作模式”的全部或其中的一种,任何国家都将有机会拿到登上我国空间站的“通行证”,所以完全称得上是“开放性”的空间站,因此建设阶段一次又一次的发射任务没必对外保密。

而之所以选择在晚上甚至是凌晨发射,归根结底是为了“天时地利人和”上的统一,确保发射任务万无一失,这就是大概的情况。

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