地球与火星之中的霍曼转嫁轨道

　　身边的天文学

　　航天技艺的进行为天文观测提供了新的伎俩。运转在近地轨道的哈勃、斯必泽等太空望远镜突破了大度层的阻挡，使天文学家们能够“原汁原味”地观测到天体在各个波段发射的信号，而远赴太阳系边缘、冥王星轨道的“旅游者”号飞船和“新视野”号飞船，则给天文学家们近距离观测太阳系行星的机会。近日，华夏航天科技团体十一院探讨员周伟江显露，我们国家的火星探测器计划于2020年发射，日前已达成气动外形设置，以及气能源、气动热设置事业。

　　探测器的发射时间与好多要素相关，此中很要紧的一种即是发射窗口。发射窗口是航天发射可行实行的时间范畴，一朝航天器的发射错通过了既定的发射窗口，就须要等候或长或短的一段时间后，才能再一次尝试发射。那末，发射窗口究竟是如何确定的，不同航天器的发射窗口又有哪些不同？

　　深空航天器：窗口有时百年一遇

　　对发射窗口请求最为苛刻的，要属飞往火星甚而更远太空的航天器。受日前人类航天技艺的节制，这种航天器通常要抉择相比节省能源和推力的形式在太空中转嫁，没有办法像通常人想象的那样可行在失重的太空中自由飞翔。

　　以日前展开最多的火星探测为例，要从地球上去往火星，必需经过一条叫做“霍曼转嫁轨道”的椭圆形轨道飞行。航天器发射升空后，先在地球周边提速，映入霍曼转嫁轨道，再在火星周边减速，被火星捕获。深空航天器经过霍曼转嫁轨道从地球到火星轨道的飞行时间是固定不变的，因而航天器发射时，火星和地球的相对位子必需要使航天器到达转嫁轨道的远日点时，火星刚幸好那边“等候”航天器的到来。这样的发射时机，大约每26个月才会显露一次。错过以后，就必需等候下一次发射窗口。

　　关于少许更为繁杂的航天飞行，为了节省能源，须要借助大行星等天体的引力效用，为飞行器提速。这类飞行被称作借势飞行。借势飞行对其它行星位子的请求愈加苛刻，因而发射窗口之中的间隔就更长。比如，美国“旅游者”号计划的实行，由于一位工程师发觉上世纪七十年代土星、木星、天王星和海王星的相对位子，让得一艘从地球发射的探测器能够在各个行星周边发展延续的借势飞行，探寻火星轨道之外全部的太阳系大行星。而同样的探测良机再一次显露，要等到176年以后了。

　　地球周边的飞行器：依据任务定窗口

　　为了节省由于变轨而消耗的能源，航天部门通常期望近地轨道飞行器由火箭发射入轨后，就可以在那个轨道上较好地执行任务。资源卫星、拍照侦察卫星、中轨道气象卫星等，通常请求卫星飞到探测指标上空时，指标恰恰处于较没有问题光照要求中。这样，才能获得品质相比高的观测数据。是以，这点卫星的发射窗口也是依据卫星“路过”指标地域的时间倒公布来的，以此来确保卫星对指标地域实行有用掩盖。

　　发射地球同步轨道卫星时，源于卫星要在近地轨道和地球同步轨道间的转嫁轨道上滑行较旧时间，而转嫁轨道远地点发展的变轨操作通常期望在白天发展，以满足卫星事业对太阳角和日地张角的请求。依照卫星在转嫁轨道上的飞行时间反推后，获得的发射窗口通常在夜间，发射窗口的宽度在1小时左右，错过后就要等候第二天。在发射探月飞船时，在飞行进程中要执行几次繁杂的变轨操作。在此时期，飞船必需处于地面站的有用测控范畴内，来确保变轨的精准达成，这也对发射窗口的抉择做出了节制。

　　载人航天交会对接：零窗口发射最精准

　　神舟八号、天舟一号等为载人航天效劳的飞行器，在发射时都实现了零窗口发射。所谓零窗口，是指依据计算没有问题发射时间，分秒不差地将飞船发射到太空中去，而不像其它发射那样，在一段或长或短的时间内均可发射。这点飞船发射到太空中后，要与天宫一号、二号等飞行器实现交会对接。

　　要使两个在太空中快速飞好的航天器明确相遇，又不在中途耗费过多能源修正途道，就必需运用零窗口发射这类极端精准的发射形式。零窗口发射却非时间一到就按动发射按键那末容易。源于火箭在起飞前要发展加注能源、火箭状况审查等事业，存留些许不寻常景象就要排除反常。像长征七号这类运用低温能源的新款火箭，能源不行太早加注进火箭，应变反常概况的余地更小，零窗口发射的难度也就很大了。几次零窗口发射的成功，在必定水平上表现了我们国家航天技艺的进行。（作者李会超系中科院国度体积科学中心博士生）

来自：科技日报

作者：李会超

编辑：曾映雪