影響火箭發射的高空風是什麼？

作者 郭超凱 高崇芮

12月22日，長征八號運載火箭在中國文昌航天發射場首飛成功，為新一代運載火箭“十三五”期間的發射任務畫上了圓滿句號。長征八號火箭原定於12月20日發射，但高空風異常致使發射時間推遲了2天。何為高空風？火箭發射如何應對高空風？記者採訪航天專家，一探究竟。

北京時間12月22日12時37分，長征八號運載火箭在中國文昌航天發射場成功發射，以“一箭五星”的方式將5顆衞星送入預定軌道。萬珂 攝

(一)何為高空風？

火箭發射是一項高風險的複雜系統工程，極容易受到各種因素的影響，就連雷電、温度、風等天氣因素，都會影響火箭發射。在諸多天氣因素中，要屬高空風對發射的影響最為突出。

高空風一般距離地面4到20公里。中國航天科技集團所屬中國運載火箭技術研究院長征八號火箭控制系統主任設計師潘豪介紹：“火箭在飛行過程中會穿越大風區，遭受強烈氣流衝擊。”他解釋道，人在騎自行車時，如果側面突然吹來一陣大風，會被吹偏。在太空中，這種橫向的側風比人們在陸地上感知的風要強得多，這會影響到火箭的飛行姿態。如果風速過大，還可能導致箭體彎曲變形，損壞火箭結構甚至導致解體。對於火箭來説，高空風就像設在空中的一道“關卡”，必須闖過這關，才能獲得成功。

為了讓火箭能夠順利“闖關”，發射前觀測、預報高空風，必要時調整發射時間，避開惡劣風況，成了火箭發射前必不可少的環節。2019年SpaceX獵鷹重型火箭首次商業發射就曾因為高空大風而推遲。

這次長征八號火箭發射也差點與高空風插肩而過。“我們一開始瞄準的發射時間比實際發射時間早，但就在發射前一天，科研人員預測到發射場上空高空風異常，不適合發射，因此根據氣象商會的結果，將發射時間推遲了2天。”中國運載火箭技術研究院長征八號火箭副總設計師吳義田説。

北京時間12月22日12時37分，長征八號運載火箭在中國文昌航天發射場成功發射，以“一箭五星”的方式將5顆衞星送入預定軌道。宿東 攝

(二)如何應對高空風？

近年來中國運載火箭技術研究院一直在開展相關研究，採取了一系列措施降低高空風對火箭發射的影響，包括統計近10年發射場上空風速、風向等情況，在火箭設計階段就根據最大概率會出現的風向和風速開展針對性設計等。此外，每次發射前，科研人員還需要對發射日高空風進行測量和預報，通過設計火箭飛行程序角進行高空風補償。

吳義田表示：“人在風中打傘，為了拿穩傘，習慣將傘的方向對準風的來向，以消除橫向載荷。高空風補償的方法和人打傘一致，在可能的情況下，火箭縱軸指向火箭相對地球大氣運動速度方向，使火箭縱軸與火箭相對地球大氣運動速度方向之間的夾角為零。”不過，這種方法只能在火箭起飛達到一定速度後使用，並且不能突然加入。

在長征八號火箭研製中，科研人員還採用了一些新方法，如自主抗干擾控制法。潘豪説：“這種方法讓火箭在飛行過程中，能夠一邊辨識一邊補償干擾。換言之，火箭在感受到風吹過來後，可以產生相應的動作來減弱風的干擾。”不過，此次長征八號火箭首飛的發射情況特殊，高空風速過大，為了更加穩妥完成發射任務，科研人員最終選擇將發射時間從12月20日調整至12月22日。

吳義田稱：“在火箭設計階段，如果將風場考慮得過嚴，就會導致設計偏保守，火箭結構過重，反之又會導致設計偏冒進，火箭結構輕，導致發射日風載荷高而無法實施發射的情況。如何更好地平衡兩者之間的關係、更好地解決高空風對發射的影響，還需要未來進一步探索。”(完)