SpaceX載人首飛延期發射為何選週日?其中有啥講究?
受惡劣天氣因素影響,美國太空探索技術公司SpaceX和美國宇航局(NASA)推遲了原定於當地時間5月27日進行的首次載人航天發射,下次發射定於當地時間5月30號下午3點22分(北京時間5月31日週日凌晨3點22分)。那麼,SpaceX是如何確定再次發射時間的呢?這主要取決於物理因素。
作者| 小小
出品| 網易科技《知否》欄目組
通常情況下,要想將航天器發射到預定地球軌道上,並試圖讓其與軌道上運行的國際空間站成功對接,就像是異常微妙的雙人舞,需要精確的時間和角度計算。為此,航天器需要在特定日期的特定時間框架(或稱發射窗口)內發射。
太空發射最顯眼的軌道參照物通常是月球。在阿波羅時代,關鍵不是發射之時月球在天空中的位置,而是發射三天后月球會在哪裡,那時航天器已經飛過了地球到月球之間的距離。由於月球以時速3683公里的速度圍繞地球軌道運行,這需要仔細計算。
僅僅到達月球附近還不夠,還有更加困難的挑戰:在飛行了38.6萬公里後,宇航員們的目標是進入距離月球表面僅97公里的月球軌道。這就像是站在足球場的一端瞄準另一端的蘋果,試圖用子彈剝蘋果皮一樣。
阿波羅飛船的宇航員還試圖在著陸的最佳照明條件下到達月球,此時太陽在月球天空中處於正確的角度,可以投下陰影,突出但不會誇大地形差異。這進一步縮小了發射窗口。再加上發射時碰上下雨或多雲天氣,限制還會更大。
與之相比,僅僅進入地球軌道相對要簡單,但發射窗口的問題也令人頭疼。航天器通常不會沿著完美軌道繞著地球赤道飛行。相反,它們被發射到相對於赤道傾斜的軌道上。卡納維拉爾角位於大約北緯28度的緯度上,所以從肯尼迪航天中心發射的飛船需要以同樣的傾斜度飛行,就像扭曲的呼啦圈,它在繞地球飛行時需要在赤道上下28度範圍內移動。
令事情變得更複雜的是,地球本身就傾斜了23度,雖然它需要24小時才能自轉一周,但航天器只需要90分鐘就能圍繞其飛行一圈。其結果是:在平面圖上,航天器看起來像是在畫正弦波圖案,在赤道上下移動,永遠不會在兩個連續軌道上經過地面上的同一個點。國際空間站的軌道傾角更高,達到51.6度,這是美國對俄羅斯做出的讓步,以便俄羅斯從哈薩克斯坦拜科努爾發射場向更北的地方發射航天器。
將宇航員送到國際空間站的規劃者必須準確地安排發射的時間,以便空間站處於最理想的位置,盡可能縮短飛船追逐空間站的時間,從而實現更精確的對接。從拜科努爾發射往空間站的無人貨運飛船可能有相對較充裕的發射窗口,它只要在兩天內與空間站對接即可。
但貨物不會因為不適而叫苦連天,人卻不同。載人飛行任務通常有更窄的發射窗口,要讓宇航員在4個軌道循環(即6個小時)就能趕上國際空間站,從而盡快將他們從航天器的限制中解放出來。
對於鮑勃·本肯(Bob Behnken)和道格·赫爾利(Doug Hurley)來說,從位於北緯28度的卡納維拉爾角發射到51.6度傾角的國際空間站,意味著相對較長的19個小時追逐。但如果他們選擇了錯誤的發射窗口,這將需要更長的時間。
受天氣情況影響,載人龍飛船首次載人發射窗戶在5月27日關閉,SpaceX隨後確定了新的發射時間。如果週日發射再次失敗,經過計算,他們可以在當地時間第二天下午3點第三次嘗試。