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神15發(fā)射: 為何有兩個(gè)禁航區(qū)? 傾角變化: 神15飛船或采用新對接程序

 星辰大海種花家 2022-11-25 發(fā)布于浙江

神舟十五號飛船已抵達(dá)酒泉發(fā)射中心的發(fā)射臺,將于11月29日發(fā)射升空,目前已經(jīng)公布了神舟十五相關(guān)的航空警告區(qū),但讓大家比較好奇的是航空警告區(qū)有兩個(gè),一個(gè)區(qū)域大家應(yīng)該都看得明白,是發(fā)射路線下方的空域,從酒泉一路向東南延伸到山東出海。

但另一塊區(qū)域卻遠(yuǎn)在華西南一帶,與發(fā)射區(qū)域相隔超過800千米,怎么一次發(fā)射會出現(xiàn)兩個(gè)航空警告區(qū),有人表示這是一級火箭和二級火箭墜落區(qū)域,還有人表示這是緊急著陸區(qū),究竟哪個(gè)說法才是對的?

神舟發(fā)射: 為何有兩個(gè)航空警告區(qū)?

我國目前有四個(gè)航天發(fā)射場,分別是酒泉、西昌、太原和文昌發(fā)射場,一般酒泉發(fā)射的大都是載人系列飛船,西昌主要承擔(dān)地球同步軌道衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù),太原則是太陽同步軌道和資源、氣象衛(wèi)星為主,文昌則是大型地球空間站為主的相關(guān)發(fā)射,未來的深空探測也將在這里發(fā)射。

酒泉衛(wèi)星發(fā)射場:警告區(qū)為什么朝向西南呈一條帶狀?

答案其實(shí)很簡單,火箭一路發(fā)射,會一路丟東西,比如先丟掉助推器,再丟掉一級火箭、二級火箭,三級火箭,星箭分離,飛船入軌,在這個(gè)過程中,助推器和一級火箭是會落回地球的,而二級火箭則會連通飛船一起入軌。以神舟十四發(fā)射時(shí)為例,其基本過程如下:

  • 1、發(fā)射:10點(diǎn)44分07秒

  • 2、逃逸塔分離:10點(diǎn)46分07秒(120秒后);

  • 3、助推器分離:10點(diǎn)46分39秒(152秒后);

  • 4、一二級分離:10點(diǎn)46分43秒(156秒后);

  • 5、拋整流罩:10點(diǎn)47分37秒(210秒后);

  • 6、二級關(guān)機(jī):10點(diǎn)53分39秒(582秒后);

  • 7、船箭分離:10點(diǎn)53分42秒(585秒后);

除了二級會隨著飛船進(jìn)入預(yù)定(臨時(shí))軌道以外,其他火箭部件會掉落在從發(fā)射場酒泉開始沿著發(fā)射路線最遠(yuǎn)大約800千米的范圍內(nèi),比如助推器與一級火箭殘骸會掉落在距離發(fā)射場約650公里遠(yuǎn)的地方,整流罩則將飄落在880公里遠(yuǎn)處。

酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心位于西北內(nèi)陸,一路向東南都是人口密集區(qū),不過在最開始的800千米范圍內(nèi)并沒有發(fā)布大型人口密集區(qū)域,這些部件會掉落在內(nèi)蒙古巴丹吉林沙漠到山西榆林地區(qū)的4個(gè)落點(diǎn)。

由于發(fā)射神舟系列飛船的火箭是CZ-2F(長征2號F)的燃料是偏二甲肼與四氧化二氮,其中的偏二甲肼有劇毒,并且還易燃易爆,因此發(fā)現(xiàn)墜落的助推器和一級火箭時(shí)不要輕易搬動(dòng),避免發(fā)生危險(xiǎn),另外逃逸塔則是固體火箭,還有整流罩沒只是一個(gè)外殼沒有太大的危險(xiǎn)性,但這些均會被回收。

為何發(fā)射方向朝向東南,不能朝向西南嗎?

火箭發(fā)射大都是向東發(fā)射或者東南方,原因也很好理解,因?yàn)榈厍蚴亲晕飨驏|自轉(zhuǎn)的,向東發(fā)射可以免費(fèi)獲得地球自轉(zhuǎn)的加速,火箭可以節(jié)省部分燃料,而向南或者向西南發(fā)射時(shí)則是衛(wèi)星軌道的需要,比如發(fā)射極軌衛(wèi)星或者太陽同步衛(wèi)星,還有逆向軌道的(太陽同步軌道就有一些逆向)衛(wèi)星等。

天宮空間站的軌道的近地點(diǎn)高度: 387 km,遠(yuǎn)地點(diǎn)高度: 395 km,軌道傾角為41.4780°,酒泉衛(wèi)星發(fā)射場緯度為40.98°,只能向東南發(fā)射繞地心運(yùn)動(dòng)的軌道才能更接近天宮空間站的軌道以便準(zhǔn)備對接,因此向東南方向發(fā)射也就成了必然選擇了。

警告區(qū)為什么會出現(xiàn)兩個(gè):第二個(gè)到底是干什么用的?

上文已經(jīng)說明了長條帶狀區(qū)域是發(fā)射時(shí)火箭助推器、一級火箭等墜落等區(qū)域,既然這些火箭部件都已經(jīng)墜落到了酒泉東南一帶,為何還會在南方再開辟一塊航空警告區(qū)呢,這又是干啥用的?

這塊區(qū)域是作為緊急著陸區(qū)使用的,火箭發(fā)射么,總會有考慮各種預(yù)案,而緊急著陸區(qū)當(dāng)然也在考慮范圍之內(nèi),那么問題來了,既然是緊急著陸,為什么要考慮安排到距離發(fā)射軌跡星下點(diǎn)那么遠(yuǎn)的地方呢?

緊急著陸:至少有兩種方式

載人飛船和貨運(yùn)飛船不僅在設(shè)計(jì)安全上差別非常大,在發(fā)射過程中的程序操作也不一樣,不如在天舟貨運(yùn)飛船中不存在什么逃逸火箭,但在神舟飛船發(fā)射時(shí)火箭頂部就必定會有一枚逃逸火箭,也有稱為逃逸塔的,但兩者基本是同一個(gè)意思。

發(fā)射時(shí)出險(xiǎn)緊急著陸

逃逸火箭就是裝在火箭頂部那個(gè)小火箭,共配備6臺發(fā)動(dòng)機(jī),分別是1臺逃逸主發(fā)動(dòng)機(jī)、1臺分離發(fā)動(dòng)機(jī)和4臺控制發(fā)動(dòng)機(jī),其作用時(shí)間是火箭點(diǎn)火前15分鐘、起飛后120秒范圍內(nèi),之后逃逸火箭拋棄。

航天員在飛船中就位后,發(fā)射塔架已經(jīng)打開,火箭與外界通道封閉,此時(shí)火箭一旦發(fā)生燃料貯箱泄露或箭體起火甚至爆炸危險(xiǎn)時(shí)逃逸火箭就會啟動(dòng),將飛船如旱地拔蔥一般送到高空再打開降落傘降落。

如果在起飛途中(120秒前)火箭發(fā)生故障或者爆炸,那么逃逸火箭會立即啟動(dòng),此時(shí)火箭正在急劇加速,因此逃逸火箭必須帶著飛船以更快的速度分離,而且為了在燃料耗盡后被火箭追上,飛船外部還有柵格舵在稠密大氣的氣動(dòng)作用下改變軌跡至少遠(yuǎn)離1500米以上后再執(zhí)行分離與開傘動(dòng)作,為的就是確保安全。

CZ-2F火箭的逃逸塔和柵格舵從來沒使用過,這不是浪費(fèi),而是CZ-2F的可靠!不過逃逸火箭可是非常有用的,聯(lián)盟-10任務(wù)就是逃逸塔緊急逃生的一次著名的案例:

聯(lián)盟號助推器分離瞬間

2018年10月11日14時(shí)40分(協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)8時(shí)40分),聯(lián)盟MS-10飛船從哈薩克斯坦拜科努爾航天發(fā)射場升空,由于助推器的一個(gè)連接球形關(guān)節(jié)變形沒有正常分離,導(dǎo)致火箭出現(xiàn)嚴(yán)重故障,此時(shí)聯(lián)盟號火箭已經(jīng)到了距離地面50千米的高空。

逃逸火箭立即啟動(dòng),帶著飛船從50千米的高度上升到了90千米(還有火箭加速后的慣性), 并在火箭發(fā)射19分41秒后安全著陸,UTC時(shí)間8點(diǎn)55分,搜救小組出發(fā),在距離火箭發(fā)射點(diǎn)距離402公里、哈薩克斯坦杰茲卡茲甘市以東約20公里處找到了載有兩名宇航員的飛船。

入軌不成功或者意外緊急返回

上文已經(jīng)說明了飛船發(fā)射過程中失敗的緊急著陸方式,另外還有發(fā)射為入軌的緊急著陸方式,一般不會離發(fā)射場太遠(yuǎn),如聯(lián)盟-M10是在距離發(fā)射場402千米的位置著陸的。我國也在黃海設(shè)置了緊急著陸區(qū)。

另外還有一個(gè)則是入軌后狀態(tài)不佳需要緊急返回,一般這個(gè)著陸區(qū)會設(shè)置一圈后星下點(diǎn)位于中國的區(qū)域,原因很簡單,方便搜救,雖然現(xiàn)代飛船在地球任何位置都能安全返回,但有技術(shù)力量快速搜救一定是最佳選擇。

那么如果在軌狀態(tài)不佳需要緊急返回,一般就會安排在第一圈離軌落地,按返回的角度與軌跡要求,需要在1.2~1.3萬千米外就開始減速離軌,也就是在大西洋中部時(shí)候就要減速,軌跡的末端就是第二圈的星下點(diǎn)。

神舟飛船大約一個(gè)半小時(shí)繞地球一圈,每圈的星下點(diǎn)相隔大約2500千米,華西南地區(qū)大約北緯30度左右,傾角42度左右,因此與發(fā)射軌跡相差了大約800多千米(傾角越大、緯度越高,星下點(diǎn)位置相距越近,假如是90°傾角,在北極點(diǎn)上,每圈每次星下點(diǎn)幾乎都重疊)。

此時(shí)的緊急返回著陸與正常狀態(tài)返回沒有兩樣,只是著陸區(qū)不再是四子王旗,也不是東風(fēng)著陸場,而是華西南地區(qū)的緊急著陸場。

傾角變化: 飛船或采用新對接程序

神舟15號與神舟14相比,發(fā)射軌跡向南調(diào)整了2°左右,與酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心的緯度對應(yīng)起來看,這個(gè)調(diào)整直接在發(fā)射軌跡上與天宮空間站的42.5°更接近,因此坊間都懷疑,神舟十五可能會采用天舟五號貨運(yùn)飛船的快速對接模式。

天舟五號于11月12日10點(diǎn)03分12秒發(fā)射,10點(diǎn)14分船箭分離進(jìn)入預(yù)定軌道,12時(shí)10分成功對接于天宮空間站天和核心艙后向端口,實(shí)現(xiàn)了兩小時(shí)自主快速交會對接,快速對接的要求是更精確的入軌精度,這樣才能在1~2圈的時(shí)間段內(nèi)快速完成對接!

歷史上也有過更快速的對接,1968年4月15日,前蘇聯(lián)的宇宙-213和頭一天發(fā)射的宇宙-212在發(fā)射46分鐘后就對接成功,這個(gè)速度創(chuàng)下了發(fā)射后對接的最快記錄,并不是說不能再快,但更高精度的發(fā)射成本以及對接風(fēng)險(xiǎn)都很大,因此目前主流的都是發(fā)射后3~6小時(shí)左右完成。

我國此前基本都是6.5小時(shí),也就是發(fā)射后大約4~5圈,聯(lián)盟號大都是3小時(shí),發(fā)射后2圈左右,2小時(shí)快速對接對于任務(wù)執(zhí)行和風(fēng)險(xiǎn)控制都可以管控,未來我國采用2小時(shí)對接的可能性很大,并且央視軍事在11月21日曾報(bào)道,此次載人任務(wù)的長征二號F遙十五火箭,比上一發(fā)遙十四火箭共有45項(xiàng)狀態(tài)變化,使火箭入軌精度做到更高。

因此快速對接還是有可能的!不過也有專業(yè)人士表示,雖然有了更高精度,但就中國航天的習(xí)慣而言,一般都不太會在第一次就在載人飛船上用快速對接,當(dāng)然這是為了安全考慮,此前天舟五號已經(jīng)操作過一次,也不能算是第一次了,所以這個(gè)可能性仍然是存在的。

延伸閱讀:航天員誰會上?

神舟十五號是載人飛船,據(jù)禁航區(qū)公布的時(shí)間來看是11月29日22:58-23:39之間發(fā)射,所以又到了猜航天員的時(shí)間,這次誰會上呢?微博航天大佬VONY7做了個(gè)各位航天員的執(zhí)行任務(wù)時(shí)間間隔,作為各位選擇航天員的參考:

上述任務(wù)中,未出任務(wù)的航天員按照加入航天員大隊(duì)時(shí)間算,出任務(wù)中的計(jì)為0,各位可以猜猜看,到底哪三位航天員會登上天宮空間站,有興趣的朋友可以留言,看看誰猜得準(zhǔn)!

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