12月22日,长征八号运载火箭在海南文昌发射场首飞成功,为新一代运载火箭“十三五”期间的发射任务画上了圆满的句号。
不过,这次首秀比原本的计划晚了2天。中国航天科技集团一院(以下简称“一院”)长征八号火箭副总设计师吴义田透露:“在发射前1天,我们预测到发射场上空高空风异常,不适合发射。根据气象会商的结果,将发射时间推迟了2天。”
原来,导致发射推迟的原因,是高空风在捣乱。记者了解到,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,就是高空风了。
据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”。
为了保证火箭顺利发射,提前观测、预报高空风,成为必不可少的工作。如果风况恶劣,必要时就需要调整发射时间。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。
除了被动避让,一院近年来一直在开展研究,积极探索降低高空风对火箭影响的方法。例如,他们统计了近10年发射场上空的风速、风向等,在火箭设计阶段,根据出现概率最大的风向和风速,开展针对性设计。
同时,科研人员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。吴义田介绍说,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。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,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。
在长征八号火箭上,科研人员还采用了一些新方法,例如自主抗干扰控制技术。潘豪介绍说,通过该技术,火箭在飞行过程中感受到风吹来时,可以做出相应动作,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。吴义田说,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。(高崇芮 科技日报记者付毅飞)