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發射窗口是指允許發射航天器的時間範圍,又稱發射時機,習慣上也稱為允許發射階段。發射窗口分為日計發射窗口、月計發射窗口和年計發射窗口。發射窗口主要根據具體航天任務和發射限制條件來確定。發射限制條件主要包括運載火箭對發射時段的要求、測控系統對發射時段的要求及通信和實時系統對發射時段的要求等。

1 發射窗口 -簡介

發射窗口發射窗口是指允許發射航天器的時間範圍

發射窗口(Launch window )是指允許發射航天器的時間範圍。這個範圍的大小亦叫做發射窗口的寬度。窗口寬度有寬有窄,寬的以小時計,甚至以天計算,窄的只有幾十秒鐘,甚至為零。

發射窗口是根據航天器本身的要求及外部多種限制條件經綜合分析計算后確定的。由於太陽、地球和其他星體的相對位置在不斷變化,即使發射同一類型、同一軌道的航天器,其發射窗口也是不固定的。選擇適當的發射時段可以節省發射能量。發射窗口的選擇是一個系統綜合問題,一般應按優劣次序排出幾個發射窗口供發射前選用。

2 發射窗口 -限制條件

影響發射窗口的外界條件有:

天體運行軌道條件

以探測太陽系內某一天體(月球、行星、慧星)為目的的空間探測器要與目標天體接近或相遇,必須在地球與目標天體處於一定的相對位置之前和之後的某個時間區間內瞄準正在運動的目標天體發射,這個時間區間就是發射窗口。如錯過這段時間,地球與目標天體的相對位置發生變化,發射窗口和飛行路線也隨之改變。

航天器的軌道要求

近地軌道航天器的空間交會對接、用多顆非靜止軌道的通信衛星和導航衛星組成專用網,都必須根據軌道分佈的要求,按照嚴格規定的時間範圍發射。

航天器的工作條件要求

執行各種使命的地球應用衛星往往要求衛星-地球-太陽之間有一定的相對位置,而且衛星有特定的姿態,以保證衛星上的設備能正常工作和完成預定的任務。例如,要求太陽光以一定的方向照射衛星,以保證太陽電池正常供電並使衛星的內部保持適宜的溫度,以及保證姿態控制系統正常工作。地球資源衛星、照相偵察衛星要求目標區域有較好的地面光照條件。太陽同步軌道衛星則要求長期不進入地影。這些要求條件都對發射時機構成一定的限制。

其他條件

如發射方向、地面跟蹤測控和氣象等。在進行航天器軌道設計時,必須將所有對發射時間的限制條件逐項加以計算,通過綜合分析,確定這一項航天任務的發射窗口,為航天器和地面設備的研製計劃、發射方案和發射程序的安排提供依據。

3 發射窗口 -影響因素

發射窗口的影響因素發射窗口的也受到氣候因素的影響

發射窗口的確定是火箭、飛船和發射場聯合進行的重要工作,而在發射窗口中選擇發射時機則是發射場的重要任務。

發射時機的選擇受到各種因素的影響,除了火箭、飛船的研製進度外,影響發射時機的主要因素包括四個方面:

1.要考慮火箭、飛船發射氣象條件的影響,即根據天氣預報情況,選擇滿足火箭、飛船發射要求的時機。

2.要根據火箭、飛船、發射場、測控等系統的實際準備情況,將發射時間定在各系統滿足發射條件后的時段。

3.要考慮地面跟蹤測量系統的工作條件要求,比如遠洋測量船工作海域的天氣情況、海浪情況,發射場光學測量設備的能見度、太陽角度等。

4.要考慮發射場、著陸場對航天員搜救的要求,如選擇的發射時機要有利於救生的準備、落點的預報和搜索,著陸場不能有大風、沙塵、雷電等惡劣天氣。

4 發射窗口 -種類

天宮一號擇機發射天宮一號發射窗口在2011年9月27日至30日,最終確定為29日晚21∶20-21∶30。

就航天任務來說,有三種發射窗口,即年計窗口、月計窗口和日計窗口。此外,發射時為了精準實現對接,還涉及零窗口的提法。

年計窗口

它是以指定的某一年內連續的月數形式表示,適用於星際探測任務,如發射對哈雷彗星進行探測的彗星探測器。

月計窗口

以確定的某個月內連續的天數形式表示,適用於行星和月球探測任務,如發射月球探測器。

日計窗口

以某日內某時刻到另一時刻的形式表示,適用於各種航天器。

對於航天器發射,可能要同時計算三種或兩種發射窗口,但最終是以日計窗口的形式來決定。對於一般衛星和導彈的發射,只需規定日計發射窗口。對於發射月球探測器,通常要規定月計和日計發射窗口。對於發射哈雷彗星探測器和其他星際探測器,一般要同時規定年計、月計和日計發射窗口。

零窗口

指在預先計算好的發射時間,分秒不差地將火箭點火升空,不允許有任何延誤與變更。

如在天宮一號發射中,為了完成對接,要求神舟八號飛船發射到與天宮一號共面的軌道,這對火箭入軌精度提出了很高的要求。要求火箭在天宮一號經過發射點后某一秒準時點火起飛,否則就會錯過與我對接的時機。這就是「零窗口」要求的起因。

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