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“高空风”捣乱,长征八号“首秀”推迟两天2020-12-29 09:20:26 来源:中国青年报 小 大 军事APP头条APP12月22日,长征八号运载火箭在中国文昌航天发射场首飞成功,为新一代运载火箭“十三五”期间的发射任务画上了圆满句号。
鲜为人知的是,长征八号火箭原定于12月20日发射,如今“首秀”推到22日,比原本的计划晚了两天。这背后究竟是何缘故?记者就此采访了中国航天科技集团一院长征八号火箭研制专家。
传说中的“高空风”
中国航天科技集团一院长征八号火箭副总设计师吴义田说,导致发射推迟的原因,是“高空风”在捣乱。
据他介绍,火箭发射是一项高风险的复杂系统工程,极容易受到各种因素影响。包括雷电、温度、风等天气因素,都会影响火箭发射,其中影响最为突出的,就属高空风了。
据中国航天科技集团一院长征八号火箭控制系统主任设计师潘豪介绍,高空风一般距离地面4到20公里。火箭穿越大风区时,会遭受强烈的气流冲击。
许多人会有这样的经历:骑自行车时,如果侧面突然吹来一阵大风,会被吹得歪歪倒倒。而在高空,这种横向侧风比陆地上的强烈得多,不仅会影响火箭的飞行姿态,如果风速过大,还可能导致箭体弯曲变形,甚至解体。可以说,高空风就是火箭进入太空前必须闯过的“关卡”。
潘豪告诉记者,为了让火箭能够顺利“闯关”,发射前观测、预报高空风,必要时调整发射时间,避开恶劣风况,成了火箭发射前必不可少的环节。
2019年,美国SpaceX公司的猎鹰重型火箭实施首次商业发射前曾两度推迟,正是因为高空风等气象原因。
这一次,长征八号火箭发射也差点与高空风“狭路相逢”。
吴义田向记者透露:发射场指挥部一开始瞄准的发射时间,比实际发射时间要早。
12月20日凌晨0时36分,长征八号运载火箭按流程开始煤油加注,一切程序都在按部就班进行。
中国文昌航天发射场测发大厅内,火箭各分系统和卫星试验队人员都在各自工位上监视技术数据,01指挥员的调度指挥口令也在不断响起。
同样位于测发大楼内的气象会商间,发射场气象系统负责人党建涛和中国航科集团气象工作人员则正在等待高空气象探测数据。
就在1个小时前,他们从观测到的数据发现,受近日南海热带低压和冷空气影响,高空风风速明显加大,如果到了发射窗口,风速过大,将不满足最低发射条件。
“首先要排除是不是气象探测设备出现故障导致数据异常,然后再进行一次计算。”
“热带低压云系很强大,在高空中容易辐散,会直接导致发射场高空风向突变,不可控因素很多,还请上级慎重。”
吴义田说,最终,根据气象商会的结果,发射场指挥部决定将发射时间推迟了两天。
如何应对“高空风”捣乱?
据吴义田介绍,除了被动避让,他所在的中国运载火箭技术研究院近年来开展了相关研究,采取了一系列措施降低高空风对火箭发射的影响,包括统计近10年发射场上空风速、风向等情况,在火箭设计阶段,根据最大概率会出现的风向和风速开展针对性设计,等等。
此外,每次发射前,科研人员还会根据发射前的气象测量预报,通过设计火箭飞行程序角进行高空风补偿。
“好比人在风中打伞,可以将伞对准风吹来的方向,抵消横向的风力。”吴义田说,高空风补偿的方法采用相同原理,在能够实现的前提下,让火箭迎风飞行,使火箭纵轴与风向平行。
不过他同时表示,这种方法只能在火箭达到一定速度后使用,而且动作不能太过突然。
在长征八号火箭研制中,科研人员还采用了一些新方法,如自主抗干扰控制法。潘豪说,这种方法让火箭在飞行过程中,能够一边辨识一边补偿干扰。换言之,火箭在感受到风吹过来后,可以产生相应的动作来减弱风的干扰。
这些方法说起来简单,要做好却不容易,其中一个关键在于把握分寸。潘豪说,此次长征八号火箭首飞的发射情况特殊,高空风速过大,为了更加稳妥完成发射任务,科研人员最终选择将发射时间从12月20日调整至12月22日。
吴义田告诉记者,如果在火箭设计阶段过分考虑风场,会导致设计偏保守,火箭结构过重;反之则会导致设计偏冒进,火箭结构轻,对高空风的抵抗能力不够。如何更好地平衡两者之间的关系,还需要进一步探索。

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