「發射窗口」，你真的懂嗎？

在發射火箭和航天器時，常常提到「發射窗口」。那麼，什麼是發射窗口呢？發射窗口其實就是允許火箭和航天器發射的時間範圍，這個範圍的大小也叫做發射窗口的寬度。窗口有寬有窄，寬的以小時計，甚至以天計，窄的只有幾十秒鐘，甚至為零。對於航天器而言，發射窗口的選擇至關重要。如果未能在此「窗口」發射，則必須等待下一次的發射窗口。

不同的發射任務，發射窗口不同。如果發射的航天器只要求進入地球的任意軌道即可，那麼幾乎任何時間皆可發射；如果發射的航天器必須與在軌的太空站或其他航天器會合，則發射時間必須控制在目標物的軌道平面通過發射地點的時候，這樣兩個航天器在同一個軌道平面中飛行，較容易會合。如果要抵達其他行星，使用簡單、低能量的霍曼轉移軌道的話，兩次發射窗口的間隔便是兩顆行星的會合周期。

例如，發射火星探測器，火星與地球的會合周期是780天，火星探測器應在火星與地球相會的前後發射。這就是說，不能隨時向火星發射探測器，向火星發射探測器的「窗口」相隔2年零2個月。由於太陽、地球和其他星體的相對位置在不斷變化，即使發射同一類型、同一軌道的航天器，發射窗口也是不固定的。

鏈接：霍曼轉移軌道

在太空動力學中，霍曼轉移軌道（Hohmann transfer orbit）是一種變換航天飛行器軌道的方法，途中只需兩次引擎推進，就可以讓飛行器到達預定軌道，相對地節省燃料。此種軌道操縱名稱來自德國物理學家瓦爾特·霍曼（Walter Holman）。

發射窗口的類型

航天器的發射窗口一般有三種類型。分別是年計窗口、月計窗口、日計窗口。

年計窗口即確定某年中連續允許發射的月份，適用於行星際探測任務，如發射哈雷彗星探測器。月計窗口即確定某個月內可以連續發射的天數，適用於行星和月球探測任務，如發射月球探測器、載人火星探測等。日計窗口即確定某天內可以發射的時刻範圍，適用於衛星、飛船和空間站等航天器的發射。

選擇年計和月計發射窗口，主要是考慮星體與地球的運行規律，目的是為了節省發射能量；選擇日計發射窗口需要考慮的因素就比較多，通常有：航天器與運載火箭對發射環境條件的要求，測量控制系統中各種測控設備對發射時段的要求，技術服務系統（如通信、時間統一等）對最佳和最不利發射時段的制約，運載火箭的飛行航區對氣象的要求，航天器入軌後必須最大限度地吸收大陽的能量等。

實施航天器發射時，不能只計算一個發射窗口，可能要同時計算兩種或三種發射窗口。無論哪種發射窗口，事先都要選擇幾個，供發射指揮員機動決策。對於一般衛星和導彈的發射，只需選擇日計發射窗口。對於發射星際探測器（如彗星探測器）、宇宙飛船、太空站和太空梭等，通常要同時選擇年計、月計和日計發射窗口。但航天器最終的發射時間總是由日計發射窗口確定的。

對運載火箭本身來說，沒有太嚴格的發射窗口限制，什麼時間發射都可以。不過，在進行運載火箭發射試驗時，為了使反射陽光的箭體與背景天空形成較大的反差，跟蹤測量和觀察效果比較好，一般選在傍晚或黎明前發射。

如何選定發射窗口？

每個航天器發射窗口的選定，尤其選定最佳發射窗口的限制條件是很多的。確定發射窗口，實際上是根據約束條件來確定飛行軌道與特定對象（如太陽、月球、交會對象等）之間的相對位置，同時也選擇適當的發射環境條件。在確定發射窗口時需要根據天體運行軌道條件、航天器的軌道要求、航天器的工作條件要求和地面跟蹤測控通信、氣象要求等條件，建立一個數學模型，將相關數據輸入，經過精心計算推導出來的。此外，由於每個航天器承擔的任務不同，航天器上安裝的儀器、設備使用要求不同，它們對發射窗口還會提出種種要求和限制條件，而這些要求有時又互相矛盾，因此選擇什麼時間發射就必須考慮各方面的要求，經綜合平衡後選擇一個比較合適的發射窗口。

一般來說，選定的發射窗口要滿足以下要求：

1.地面觀察的需要。早期衛星發射多採用光學望遠鏡進行跟蹤觀測，因此需要有很好的觀測條件。另外，人造衛星繞地球軌道運行，由於觀測站不可能遍布全球，各發射國只能利用自己的少量觀測站對衛星實施測控，這就要求衛星在經過觀測站附近時便於觀測。

2. 地面目標光照條件的要求。發射照相偵察衛星、地球資源衛星和中軌道氣象衛星時，為了便於衛星上可見光遙感器能很好地遙感地面的圖像，衛星運行軌道下方的地面目標必須有很好的光照條件，因此，這類航天器的發射窗口都選在白天。

3.航天器上太陽能電池光照條件的要求。目前的衛星及載人飛船等航天器大多採用太陽能電池供電。當航天器進入軌道時，需要太陽電池板受到最佳陽光照射，以便立即發電供航天器使用。

4. 航天器上姿態測量設備的要求。航天器進入軌道後，需要利用航天器上的姿態測量設備（如紅外地平儀，太陽敏感器等）測量航天器的飛行姿態，以便調姿、並進入穩定的飛行姿態。航天器上的姿態測量設備工作時，需要航天器、地球和太陽處在一個較好的相對位置，這時測量航天器的飛行姿態精度較高。所以，這也是選擇發射窗口要考慮的一個因素。

5. 航天器返回地面時的要求。返回式衛星、太空梭、載人飛船返回地面時，需要及時搜索到衛星和航天員，將他們安全地送回目的地，這對發射窗口的選擇是一個極為重要的因素。一般都希望在白天返回，同時要求氣象條件較好，沒有大風等惡劣天氣，以便於降落傘打開，因此在選擇發射窗口時需要考慮返回時的情況。

6.空間交會的需要。一些特定用途的衛星和深空探測器專門用於對天體的觀測，如空間交會的航天器、彗星探測衛星、太陽觀測衛星、火星探測器、木星探測器等需要以最短時間、最高精度與其他航天器或被觀測天體會合，這也需要選擇合適的發射窗口。另外，靜止衛星準確定點，儘可能少地消耗推進劑也需要選擇發射窗口。由於太陽、地球和其他星體的相對位置在不斷變化，即使發射同一類型、同一軌道的航天器，其發射窗口也是不固定的。

選擇發射窗口，是一個複雜系統的綜合決策問題。某一次發射總有一些較主要的制約條件，它們在發射窗口的確定中起決定性作用。發射窗口是由保證運載火箭發射成功所需技術要求決定的。從理論上講，為確保發射順利進行，應使參與發射的各項設備均處於最佳技術狀態。但由於參與發射的設備很多，實際上是很難做到這一點的，因此，通常都先由發射控制系統、地面測控系統、通信與時間統一系統，以及氣象保證系統等幾個與發射關係最大的系統各自根據自己的情況分頭確定，然後由發射部門進行綜合分析，根據不同發射時段對實現發射目的的影響和程度，排出綜合的最佳發射窗、較好發射窗口和允許發射窗口。最後，由發射的指揮者拍板確定。

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