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为什么太空任务不能在任何时候飞行:什么是发射窗口?

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为什么飞船不能随时发射? 什么是发射台? 您将从我们的文章中了解到这一切。

阿尔忒弥斯一世任务

阿尔忒弥斯一号任务对人类的重要性经常被比作 8 年的阿波罗 1968 号飞行,当时人类历史上第一次到达月球轨道。但当时,成功登月首先应该是美国和苏联之间政治和技术对抗的胜利,科学是背景。当然,“阿波罗”计划取得了巨大的成功,因为几十年前乘坐第一架飞机离开地球的人克服了地球引力,发现自己处于另一个天体的轨道上。

当时几乎没有人谈论经济成分。 但六年后,正是探索月球资源带来的经济效益,促使人类“重返”月球。 如果这种任务的唯一目的是在月球表面插上他们国家的国旗,当然,一开始人们会这样认为,我想知道现在是否会涉及到如此巨大的资源。 毕竟,现在地球上有更严重的问题。 但太空竞赛仍在继续,这里的优势将非常重要,包括经济优势。

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即取消29月29日阿尔忒弥斯一号发射任务导致经济和财务损失。 好像他们30号不发射,本来可以31月3号或者号发射的,结果推迟到月号。 我相信你们中的许多人不明白为什么选择这个特定的日期。 他们正在谈论一些启动窗口,关于启动的有利条件。 让我们弄清楚。

另请阅读: 载人航天任务:为什么返回地球仍然是一个问题?

关于任务开始日期的严格要求

所讨论的发射窗口是自然和技术限制强加的条件,是每个空间物体发射过程中必须考虑的条件。 对于飞机来说,起飞窗口大多是可选的,但由于空中交通繁忙,它们也会在特定时间起飞,即根据时间表。 如果没有这种限制,飞机可以随时起飞和降落。 但空域内的飞行必须有秩序。 这仅适用于地球空域,那里已经铺设了几十年的民用航空有条件的空中走廊。

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携带宇宙飞船的火箭理论上也可以做到这一点,但有限的燃料供应阻止了这一点。 是的 很难回到地球. 目前,只有当我们能够将行星或月球的位置与地球的位置相匹配时,我们才能按照精心计算的轨迹飞行。 任何偏差都需要额外的燃料储备,但在太空中它们不能像街机游戏中的奖金那样被收集起来。

这就是为什么到目前为止,飞往火星的航班仅每两年进行一次,当时它位于探测器或其他设备路径末端的位置将有利于任务的执行。 对于超出太阳系边界的任务,飞行轨迹可能要复杂得多,因为还必须考虑其他行星引力对计划飞行路径的影响。 例如,在航海者号飞向太阳系极限的过程中,考虑了金星引力引起的加速度,新视野号飞船同样受到木星引力的影响。 因为燃料在太空中仍然是稀缺资源,基于燃料燃烧的发动机技术还很原始。 是的,有人会提到帮助探测器利用宇宙风推进自身的空间面板,但需要燃料进入轨道并返回地球的是探测器,而不是航天器。 你需要很多。

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什么是启动板?

想象一下,您在田径场的中心,想见见一位在跑步机上跑步的运动员。 我们可以尝试追上他,但是为此我们需要跑得比他快,而且会耗费很多体力。 计算奔跑者何时处于最有利的位置更为合理,这样他就可以被拦截并在适当的时候去迎接他。 计算必须准确,这样我们才不会过早或过晚到达。 开始移动的最佳时间是我们的起始窗口。

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这同样适用于太空任务。 发射窗口就是航天器可以在指定时间到达太空中指定点的时间段。 同时,考虑到火箭的功率能力和设备必须遇到的空间物体的轨迹。 因此,不同任务的窗口是不同的。 例如,对于火星任务,发射窗口每 780 天打开一次。 但对于以木星、土星、天王星和海王星等行星为目标的“航海者二号”的发射,他们利用了2年才出现一次的机会之窗。 另一方面,我们有罗塞塔任务的例子,它本来打算研究彗星 175P/Wirtanen,但由于发射延迟而失去了这个机会,所以任务选择了一个新的目标,彗星 46P/Churyumova -格拉西缅科。

更简单地说,发射窗口是一个时间间隔,由轨道力学计算得出,在此期间给定的航天器可以起飞并成功到达其最终目的地。 当然,考虑到计划的飞行路径和所需燃料的质量。 因此,初始窗口需要天体的有利位置,其重力显着影响车辆的运动。

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影响启动启动窗口的四个因素

有四个因素会影响任何太空任务发射窗口的选择,包括阿尔忒弥斯一号。它们彼此密切相关,其中一个因素的差异会立即抵消其他因素的影响。

轨道和倾角

例如,发现号需要向国际空间站运送重要货物。 首先,科学家们必须考虑两种不同的轨迹:航天飞机本身的轨迹和国际空间站的轨迹。 科学家们必须确保这两个轨道一定会相遇,因为这次任务的目的是向空间站运送必要的物资。 为此,他们计算了空间站轨道的平面,这是一个穿过地球并将空间站固定在其边缘的假想板。

当地球和空间站移动时,连接它们的常规平面也会移动。 科学家们必须找到地球边缘与佛罗里达州肯尼迪航天中心发射台相交的时间,飞船应该从那里发射。 他们不能错过超过一个学位。 地球在五分钟内自转 1 度,因此发射应该恰好在这五分钟内进行。

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此外,发射必须在空间站由南向北运行时进行。 这是因为航天飞机必须成功超越空间站,同时将其 15 层高的外部燃料箱丢弃在海洋上空,在那里它不会对人类构成威胁。 海洋位于东北部,因此发现号的发射必须等到空间站向北移动。 这使得航天飞机每天有一个五分钟的发射窗口。

至于阿尔忒弥斯一号任务,这里就更有意思了。 美国宇航局希望将猎户座置于环绕月球的逆行轨道上。 这是一个非常稳定的轨道,有两个拉格朗日点。 同时,该装置沿与月球相反的方向绕地球移动。 到目前为止,只有一个设备使用了这个轨道——中国的嫦娥五号。要进入这个轨道,必须启动发动机,在适当的时候将设备送上月球。 这种操作称为 TLI(跨月注入),其执行的准确性非常重要。 这是计算启动窗口时要考虑的因素之一。

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“岁差”移动窗口

此外,我们不应忘记岁差现象。 每次孩子开始转动夹具的顶部时,您都会看到进动。 首先,它的旋转轴沿与旋转相反的方向在空中绕了一圈,顶部先向一个方向倾斜,然后再向另一个方向倾斜。

地球在绕太阳公转时执行这种舞蹈的慢动作版本,人造卫星在绕地球运行时执行相同的操作。

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有一个公式可以让美国宇航局的科学家计算出卫星的摆动程度。 加上卫星每天的转数、轨道的大小和偏心率以及倾角,就得到了振荡。 对于国际空间站,这些数字给出的值几乎是每天 5 度,相当于地球每天自转大约 20 分钟。

这也适用于月球和太阳系的其他行星。 这些波动需要精确的计算,否则任何调整都需要过度的油耗和理想轨迹的损失。

发射时的天气情况

我们时常听说,由于天气条件不佳,火箭的发射被取消了。 是的,大自然并不一定要等我们,地球表面总会有一些天气现象,比如暴风雨、雷暴、沙尘暴、暴风雪等。

航天局气象学家像专业人士一样在 13 天内跟踪六个不同地点的云量、风向和风速,以及风暴和其他不利事件。 例如,只有在火箭没有可能遇到风暴或沙尘暴的情况下,他们才会批准起飞。

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光照条件

发射窗口应为所有摄像机提供良好的照明,以便飞行控制团队可以看到所有船舶系统和设置的工作情况,有助于确保太空任务机组人员的安全。

例如,根据 NASA 的规定,猎户座一次不能在阴影中超过 90 分钟。 因为面板需要阳光并保持设备的最佳温度。

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此外,还有其他与着陆过程相关的因素,在此期间猎户座必须进入地球大气层的上层,然后离开它们片刻,然后再次进入大气层。 然而,为此,设备必须及时到达相对于地球的适当轨道。 最后一个要考虑的方面是着陆时间。 猎户座计划在白天降落在海洋中,以便等待团队更容易找到和取回太空舱。

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发射不是从固定发射台进行的。 目标也在不断运动

让我们更详细地谈谈发射 Artemis I 任务需要考虑的一些细节,该任务最早可能在今晚发射。

月球离地球很近,这里应该不会有什么大问题。 好吧,不幸的是,除其他外,还有我们的星球和月球的运动。 我们的卫星不仅在赤道以约0,5公里/秒的速度绕轴自转,而且还以30公里/秒的速度在近乎圆形的轨道上绕太阳公转。 还应考虑到地球运动的速度被添加到车辆自身的启动速度中。

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此外,太阳和月球相对于地球轨道的位置也在不断变化,这一点也必须考虑在内。 因此,在能源/燃料消耗相同的情况下,从地球发射到月球可能会导致不同的结果,具体取决于发射时间。

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理论上,我们可以建造这样一艘威力足以天天飞向月球的航天器。 也许将来会是这样。 然而,就目前而言,Artemis I 任务的成功需要仔细选择从地球发射的时间,这将使猎户座移动到月球,然后进入我们卫星的计划轨道。 即使发射如期进行,几天的延迟也会导致任务持续时间发生重大变化。

目前,根据发射时间的不同,Artemis I 任务可持续 26 至 28 天或 38 至 42 天。 我们预计,随着猎户座在其遥远的逆行轨道上绕月球完成 1,5 转,该任务将持续更长的时间。 如果考虑更短的选择,并且在不同的时间退出月球轨道,猎户座将在开始返回地球之前仅绕月球旋转一圈。

另请阅读: 詹姆斯·韦伯太空望远镜:要观察的 10 个目标

未来的 Artemis I 发射日期是可能的

符合任务标准的 SLS 火箭及其有效载荷的当前发射窗口为 2 月 6 日至 3 日。 众所周知,NASA 已经选择了最近的 Artemis I 任务发射日期——基辅时间 2022 年 21 月 17 日 23:17 至 :。 随后的每一天也有特定的时间可以开始。 如果您未能在此时间内起飞,将出现以下发射窗口:

  • 20月28日至月日
  • 30月4日至月日
  • 17月23日至日
  • 27 月 日
  • 29月31日至日
  • 等等…

我们只能等待,希望历史性的阿尔忒弥斯一号任务能够很快成功发射。

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但是,不要忘记乌克兰正在发生一场战争。 如果你想帮助乌克兰与俄罗斯占领者作战,最好的方法是通过以下方式向乌克兰武装部队捐款 拯救生命 或通过官方页面 NBU.

Yuri Svitlyk
Yuri Svitlyk
喀尔巴阡山脉之子、不为人知的数学天才、“律师”Microsoft,实用的利他主义者,左右
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奥列克
奥列克
1年前

“8 年的阿波罗 1960 号”…… 12 年 1961 月 日,第一个人进入太空。
我看不出进一步阅读的意义。