SpaceX载人首飞延期发射为何选周日?其中有啥讲究?

2020-05-30 08:02:30 来源: 知否 网易号 举报
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(原标题:Why SpaceX's Historic Mission Needs to Wait Until Saturday for a Second Attempt)

作者 | 小小

出品 | 网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163)

受恶劣天气因素影响,美国太空探索技术公司SpaceX和美国宇航局(NASA)推迟了原定于当地时间5月27日进行的首次载人航天发射,下次发射定于当地时间5月30号下午3点22分(北京时间5月31日周日凌晨3点22分)。那么,SpaceX是如何确定再次发射时间的呢?这主要取决于物理因素。

SpaceX载人首飞延期发射为何选周日?其中有啥讲究?

通常情况下,要想将航天器发射到预定地球轨道上,并试图让其与轨道上运行的国际空间站成功对接,就像是异常微妙的双人舞,需要精确的时间和角度计算。为此,航天器需要在特定日期的特定时间框架(或称发射窗口)内发射。

太空发射最显眼的轨道参照物通常是月球。在阿波罗时代,关键不是发射之时月球在天空中的位置,而是发射三天后月球会在哪里,那时航天器已经飞过了地球到月球之间的距离。由于月球以时速3683公里的速度围绕地球轨道运行,这需要仔细计算。

仅仅到达月球附近还不够,还有更加困难的挑战:在飞行了38.6万公里后,宇航员们的目标是进入距离月球表面仅97公里的月球轨道。这就像是站在足球场的一端瞄准另一端的苹果,试图用子弹剥苹果皮一样。

阿波罗飞船的宇航员还试图在着陆的最佳照明条件下到达月球,此时太阳在月球天空中处于正确的角度,可以投下阴影,突出但不会夸大地形差异。这进一步缩小了发射窗口。再加上发射时碰上下雨或多云天气,限制还会更大。

与之相比,仅仅进入地球轨道相对要简单,但发射窗口的问题也令人头疼。航天器通常不会沿着完美轨道绕着地球赤道飞行。相反,它们被发射到相对于赤道倾斜的轨道上。卡纳维拉尔角位于大约北纬28度的纬度上,所以从肯尼迪航天中心发射的飞船需要以同样的倾斜度飞行,就像扭曲的呼啦圈,它在绕地球飞行时需要在赤道上下28度范围内移动。

令事情变得更复杂的是,地球本身就倾斜了23度,虽然它需要24小时才能自转一周,但航天器只需要90分钟就能围绕其飞行一圈。其结果是:在平面图上,航天器看起来像是在画正弦波图案,在赤道上下移动,永远不会在两个连续轨道上经过地面上的同一个点。国际空间站的轨道倾角更高,达到51.6度,这是美国对俄罗斯做出的让步,以便俄罗斯从哈萨克斯坦拜科努尔发射场向更北的地方发射航天器。

将宇航员送到国际空间站的规划者必须准确地安排发射的时间,以便空间站处于最理想的位置,尽可能缩短飞船追逐空间站的时间,从而实现更精确的对接。从拜科努尔发射往空间站的无人货运飞船可能有相对较充裕的发射窗口,它只要在两天内与空间站对接即可。

但货物不会因为不适而叫苦连天,人却不同。载人飞行任务通常有更窄的发射窗口,要让宇航员在4个轨道循环(即6个小时)就能赶上国际空间站,从而尽快将他们从航天器的限制中解放出来。

对于鲍勃·本肯(Bob Behnken)和道格·赫尔利(Doug Hurley)来说,从位于北纬28度的卡纳维拉尔角发射到51.6度倾角的国际空间站,意味着相对较长的19个小时追逐。但如果他们选择了错误的发射窗口,这将需要更长的时间。

受天气情况影响,载人龙飞船首次载人发射窗户在5月27日关闭,SpaceX随后确定了新的发射时间。如果周日发射再次失败,经过计算,他们可以在当地时间第二天下午3点第三次尝试。

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