12月22日,長征八號運載火箭在海南文昌發射場首飛成功,為新一代運載火箭“十三五”期間的發射任務畫上了圓滿的句號。
不過,這次首秀比原本的計劃晚了2天。中國航天科技集團一院長征八號火箭副總設計師吳義田透露:“在發射前1天,我們預測到發射場上空高空風異常,不適合發射。根據氣象商會的結果,將發射時間推遲了2天。”
原來,導致發射推遲的原因,是“高空風”在搗亂。記者了解到,火箭發射是一項高風險的復雜系統工程,極容易受到各種因素影響。包括雷電、溫度、風等天氣因素,都會影響火箭發射,其中影響最為突出的,就是高空風了。
據一院長征八號火箭控制系統主任設計師潘豪介紹,高空風一般距離地面4到20公里。火箭穿越大風區時,會遭受強烈的氣流沖擊。
許多人會有這樣的經歷:騎自行車時,如果側面突然吹來一陣大風,會被吹得歪歪倒倒。而在高空,這種橫向側風比陸地上的強烈得多,不僅會影響火箭的飛行姿態,如果風速過大,還可能導致箭體彎曲變形,甚至解體。可以說,高空風就是火箭進入太空前必須闖過的“關卡”。
為了保證火箭順利發射,提前觀測、預報高空風,成為必不可少的工作。如果風況惡劣,必要時就需要調整發射時間。2019年,美國SpaceX公司的獵鷹重型火箭實施首次商業發射前曾兩度推遲,正是因為高空風等氣象原因。
除了被動避讓,一院近年來一直在開展研究,積極探索降低高空風對火箭影響的方法。例如,他們統計了近10年發射場上空的風速、風向等,在火箭設計階段,根據出現概率最大的風向和風速,開展針對性設計。
同時,科研人員會根據發射前的氣象測量預報,通過設計火箭飛行程序角進行高空風補償。吳義田介紹說,好比人在風中打傘,可以將傘對準風吹來的方向,抵消橫向的風力。高空風補償的方法采用相同原理,在能夠實現的前提下,讓火箭迎風飛行,使火箭縱軸與風向平行。不過,這種方法只能在火箭達到一定速度后使用,而且動作不能太過突然。
在長征八號火箭上,科研人員還采用了一些新方法,例如自主抗干擾控制技術。潘豪介紹說,通過該技術,火箭在飛行過程中感受到風吹來時,可以做出相應動作,減弱風的干擾。
這些方法說起來簡單,要做好卻不容易,其中一個關鍵在于把握分寸。吳義田說,如果在火箭設計階段過分考慮風場,會導致設計偏保守,火箭結構過重;反之則會導致設計偏冒進,火箭結構輕,對高空風的抵抗能力不夠。如何更好地平衡兩者之間的關系,還需要進一步探索。
責任編輯:tzh
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