中新網(wǎng)北京12月22日電 題：影響火箭發(fā)射的高空風(fēng)是什么？
作者 郭超凱 高崇芮
12月22日，長征八號運載火箭在中國文昌航天發(fā)射場首飛成功，為新一代運載火箭“十三五”期間的發(fā)射任務(wù)畫上了圓滿句號。長征八號火箭原定于12月20日發(fā)射，但高空風(fēng)異常致使發(fā)射時間推遲了2天。何為高空風(fēng)？火箭發(fā)射如何應(yīng)對高空風(fēng)？記者采訪航天專家，一探究竟。
北京時間12月22日12時37分，長征八號運載火箭在中國文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，以“一箭五星”的方式將5顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。萬珂 攝
(一)何為高空風(fēng)？
火箭發(fā)射是一項高風(fēng)險的復(fù)雜系統(tǒng)工程，極容易受到各種因素的影響，就連雷電、溫度、風(fēng)等天氣因素，都會影響火箭發(fā)射。在諸多天氣因素中，要屬高空風(fēng)對發(fā)射的影響最為突出。
高空風(fēng)一般距離地面4到20公里。中國航天科技集團(tuán)所屬中國運載火箭技術(shù)研究院長征八號火箭控制系統(tǒng)主任設(shè)計師潘豪介紹：“火箭在飛行過程中會穿越大風(fēng)區(qū)，遭受強(qiáng)烈氣流沖擊。”他解釋道，人在騎自行車時，如果側(cè)面突然吹來一陣大風(fēng)，會被吹偏。在太空中，這種橫向的側(cè)風(fēng)比人們在陸地上感知的風(fēng)要強(qiáng)得多，這會影響到火箭的飛行姿態(tài)。如果風(fēng)速過大，還可能導(dǎo)致箭體彎曲變形，損壞火箭結(jié)構(gòu)甚至導(dǎo)致解體。對于火箭來說，高空風(fēng)就像設(shè)在空中的一道“關(guān)卡”，必須闖過這關(guān)，才能獲得成功。
為了讓火箭能夠順利“闖關(guān)”，發(fā)射前觀測、預(yù)報高空風(fēng)，必要時調(diào)整發(fā)射時間，避開惡劣風(fēng)況，成了火箭發(fā)射前必不可少的環(huán)節(jié)。2019年SpaceX獵鷹重型火箭首次商業(yè)發(fā)射就曾因為高空大風(fēng)而推遲。
這次長征八號火箭發(fā)射也差點與高空風(fēng)插肩而過。“我們一開始瞄準(zhǔn)的發(fā)射時間比實際發(fā)射時間早，但就在發(fā)射前一天，科研人員預(yù)測到發(fā)射場上空高空風(fēng)異常，不適合發(fā)射，因此根據(jù)氣象商會的結(jié)果，將發(fā)射時間推遲了2天。”中國運載火箭技術(shù)研究院長征八號火箭副總設(shè)計師吳義田說。
北京時間12月22日12時37分，長征八號運載火箭在中國文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，以“一箭五星”的方式將5顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。宿東 攝
(二)如何應(yīng)對高空風(fēng)？
近年來中國運載火箭技術(shù)研究院一直在開展相關(guān)研究，采取了一系列措施降低高空風(fēng)對火箭發(fā)射的影響，包括統(tǒng)計近10年發(fā)射場上空風(fēng)速、風(fēng)向等情況，在火箭設(shè)計階段就根據(jù)最大概率會出現(xiàn)的風(fēng)向和風(fēng)速開展針對性設(shè)計等。此外，每次發(fā)射前，科研人員還需要對發(fā)射日高空風(fēng)進(jìn)行測量和預(yù)報，通過設(shè)計火箭飛行程序角進(jìn)行高空風(fēng)補(bǔ)償。
吳義田表示：“人在風(fēng)中打傘，為了拿穩(wěn)傘，習(xí)慣將傘的方向?qū)?zhǔn)風(fēng)的來向，以消除橫向載荷。高空風(fēng)補(bǔ)償?shù)姆椒ê腿舜騻阋恢拢诳赡艿那闆r下，火箭縱軸指向火箭相對地球大氣運動速度方向，使火箭縱軸與火箭相對地球大氣運動速度方向之間的夾角為零。”不過，這種方法只能在火箭起飛達(dá)到一定速度后使用，并且不能突然加入。
在長征八號火箭研制中，科研人員還采用了一些新方法，如自主抗干擾控制法。潘豪說：“這種方法讓火箭在飛行過程中，能夠一邊辨識一邊補(bǔ)償干擾。換言之，火箭在感受到風(fēng)吹過來后，可以產(chǎn)生相應(yīng)的動作來減弱風(fēng)的干擾。”不過，此次長征八號火箭首飛的發(fā)射情況特殊，高空風(fēng)速過大，為了更加穩(wěn)妥完成發(fā)射任務(wù)，科研人員最終選擇將發(fā)射時間從12月20日調(diào)整至12月22日。
吳義田稱：“在火箭設(shè)計階段，如果將風(fēng)場考慮得過嚴(yán)，就會導(dǎo)致設(shè)計偏保守，火箭結(jié)構(gòu)過重，反之又會導(dǎo)致設(shè)計偏冒進(jìn)，火箭結(jié)構(gòu)輕，導(dǎo)致發(fā)射日風(fēng)載荷高而無法實施發(fā)射的情況。如何更好地平衡兩者之間的關(guān)系、更好地解決高空風(fēng)對發(fā)射的影響，還需要未來進(jìn)一步探索。”(完)