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第55颗北斗导航卫星发射时间怎么确定的,为什么是9点43分?

抗婉竭青
2022/1/15 11:32:01
第55颗北斗导航卫星发射时间怎么确定的,为什么是9点43分?
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2020年6月23日9时43分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星,暨北斗三号最后一颗全球组网卫星,至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年全面完成。对于卫星发射很多人都看过中外卫星的发射直播画面,但是对于卫星发射很多时候发射时间的选择为什么精确到分钟很多人却不得而知,比如这次北斗三号全球卫星导航系统的最后一颗卫星发射时间为什么选择在上午9点43分?为什么不能选择上午十点整?卫星发射时间是如何确定的大家却不得而知。其实火箭发射的时间指的就是火箭的发射窗口时间选择。首先解释以下火箭发射的时间窗口问题,所谓的发射时间窗口指的就是根据发射场地经纬度的不同和发射卫星的预定轨道不同、火箭发射载荷等不同,以及太阳、地球等其他星球相对位置都处于时刻发生变化的过程,同时为了满足卫星发射最节省燃料和最可靠的发射标准等而制定出的一个适合该卫星发射的合适时间,这个时间区间就是“卫星发射窗口时间”。比如发射探月卫星的时候,当月球运行到距离地球最近的时候发射,不光能够节省大量的火箭燃料,而且也极大的提升了卫星发射入轨的精度和运行寿命,但是因为火箭发射毕竟是一个系统工程,整个发射过程很是复杂,所以在发射卫星等航天器时,整个发射窗口时间设计的都比较宽裕。一般来说卫星发射窗口时间主要有多种计算方式,比如以年为单位的发射窗口计算的,比如美国一直推迟发射的韦伯太空望远镜,就是运行在比探月卫星更为遥远的L2点上,但是这个点距离地球最近的时间是以年为单位的,所以这种等待周期较长的发射窗口期虽然准备时间较长,但是发射窗口时间往往很短,一旦错过发射窗口时间就只能等下一年同一时间发射了。再一个就是以月为单位的发射窗口时间,比如我国第一个成功实现月球软着陆的嫦娥三号登月器,就是在2013年12月14日21时11分成功登陆月球的,因为我们大家知道的每个月中旬15号左右的时候月球距离地球最近,在这个时候选择登月不光通信更为清晰,有利于嫦娥三号登月器分离进入下降软着陆过程中从地球远程遥控登月,而且此时月球表面处于阳光照射区域内,登月器成功登月后能够很长一段时间内展开太阳能帆板展开月球探测工作。再一个就是见到不太多的”零发射窗口“,这个一般只适用于某些需要空间对接的载人飞船、空间实验室或者需要借助其他星球引力进行深空探测的航天器,比如我国的神舟载人飞船、天宫实验室以及即将发射的天宫空间站在发射的时候,都要做到”零发射窗口“。还有就是适用于绝大多数绕地卫星发射的以”日“为单位的发射窗口周期了,比如发射我们较为常见的地球通信卫星的时候,由于整个卫星运行的太阳同步轨道处于高轨运行,整个发射飞行周期更长一些,而且发射场和太阳同步转移轨道之间的夹角较大,所以在整个发射过程中卫星需要经过数次变轨操作才能进入最终预定运行轨道。但是这个时候又要满足卫星发射入轨后展开帆板第一时间接收太阳光辐射工作,所以这个时候为了保证卫星精准变轨时的光学测控需求,卫星变轨会选择在白天进行,那么发射时间就只能选择在夜晚进行了,而且由于整个发射周期较长和需要多次变轨操作,所以发射窗口时间一般只有一个小时左右。也就是说在这一个小时内任意时间都能发射,具体根据发射场天气、燃料加注、测控等外在因素具体细微调整。但是如果错过这一个小时发射窗口就只能选择过几天再发射了。比如这次发射的最后一颗北斗三号导航卫星,是一颗运行在距离地面大约3.6万公里的地球静止轨道的高轨卫星,在整个北斗三号卫星导航系统中,共设计有三个不同轨道的卫星共同组成一个立体星座系统,而这样的高轨卫星共有三颗,卫星运行轨道更高以后,单颗卫星的覆盖面积更大,但是由于其为了实现覆盖更大面积的需求,对于卫星运行轨道的精度也有更高的要求。比如这三颗运行在地球静止轨道的高轨道卫星,为了实现更大面积的覆盖,卫星运行轨道不仅要与赤道平面重合、地球自转方向一样,而且整个轨道绕地球运转一周的时间也要和地球自转时间一样,精准到23时56分4秒。所以对于最后一颗北斗导航卫星发射而言,由于要将卫星从西昌卫星发射中心发射到几乎和赤道平面重合的地球静止轨道,那么在发射时间的选择上,首要满足的是发射轨道面和卫星运行的地球静止轨道面之间的夹角最为合适,同时还要满足火箭飞行轨迹和航天测控以及卫星入轨展开需求,所以在发射时间的选择上或许在6月23日整个上午这五六个小时都是可以的。但是为什么最终选择在上午9点43分发射呢?其实这个里面就考虑到当天发射天气对火箭飞行的影响、前面火箭燃料加注需要时间、航天测控准备需求时间、以及在整个半个多小时的发射过程中,地球处于自转状态下地球静止轨道和地球赤道之间夹角随时处于变化下,如何依然保证两个轨道面之间的夹角误差最小等问题。或许对于最后一刻北斗三号导航卫星而言,在上午9点43分的时候,各方面准备条件具备,且两个发射轨道面之间的夹角误差是最小的时候,那么选择这个时候发射不仅能够极大的节省火箭燃料和提升发射成功率,而且对于这颗卫星的外界影响是最小的”最佳发射时间“。

墨燮

2022/1/17 17:55:00

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