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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    如何發射一枚探測器

                    2020-11-02 13:34:00

                      2019年1月3日,嫦娥四號月球探測器在月球背面的預定著陸區順利著陸,成為首顆成功軟著陸月球背面的探測器,并通過鵲橋中繼星傳回了世界上第一張近距離拍攝的月背影像圖。

                      隨著嫦娥四號的成功著陸,中國的嫦娥探月任務已經成功地完成了“繞”“落”,下一步目標就是“回”,要實現無人自動采樣返回。

                      這是來自中國探月工程的好消息。再來看看火星探測方面。

                      面對國際上對火星的探究熱潮,就在三年前,中國正式批準立項了火星探測任務,計劃在2020年火星探測的最佳窗口時間發射,一步實現對火星的環繞和著陸巡視探測。

                      看到月球和火星方面的好消息,小朋友們是不是按捺不住想要去外星了?如果你有一枚探測器,你最想讓它去看看哪顆天體呢?為了能順利到達目的地,什么時候發射比較好?探測器從地面發射出去之后,要怎樣到達目標天體的軌道呢?

                    航天器

                      巧妙的霍曼轉移軌道

                      不同的發射任務,發射窗口不同,也就是說,允許航天器發射的時間范圍不同。

                      如果航天器只需進入地球的任意指定軌道,那么幾乎可以在任一時間發射。但是,如果航天器必須與在軌的空間站或其他航天器會合,那么發射的時機最好選在目標航天器的軌道面剛好通過發射點上空的時刻,這時,兩個航天器在同一個軌道平面中飛行,比較容易會合。

                      如果要抵達其他行星,為了節省燃料,可以使用神奇的霍曼轉移軌道。

                      霍曼轉移軌道是一種變換航天器軌道的方法。沿著霍曼轉移軌道,航天器首先進入一個低軌道,并且在這個低軌道的近拱點加速,進入一個橢圓形的轉移軌道,然后在這個轉移軌道的遠拱點再次加速,進入目標軌道。由此可見,將航天器從低軌道送往高軌道,只需要兩次引擎加速就可以完成:第一次加速,讓航天器從地球軌道進入轉移軌道;第二次加速,讓航天器從轉移軌道進入目標行星軌道。兩次加速之后,航天器移動的角距達到180度。

                      如何確定發射窗口

                      我們以前往火星的探測器為例,看看如何運用霍曼轉移軌道來確定發射窗口吧!

                      發射火星探測器的目標,是將它從地球軌道送往火星軌道,那么為了節省燃料,最好讓發射器在進入火星軌道時,剛好火星也到達同一位置。

                      沿著霍曼轉移軌道,探測器從地球到火星軌道需要約260天,移動的角距將達到180度。在這260天里,火星自身運行的角距約136度。這就出現了44度的角度差。所以,為了讓探測器與火星在軌道上相遇,需要在火星運行到地球前方44度的時候進行發射?;鹦翘幵谶@一位置的時間范圍,就是火星探測器的發射窗口。

                      兩次發射窗口之間的間隔,又叫會合周期。對于火星來說,會合周期也就是兩次運行到地球前方44度的時間間隔,是26個月。太陽系八大行星中,會合周期最長的行星就是火星,因此火星的發射窗口十分難得;其次是金星,會合周期為584天;水星發射窗口出現的機會最多,每隔116天就出現一次;其他行星的會合周期基本在一年左右。

                    航天器

                      發射窗口要有多精確

                      航天器的發射窗口一般分為年計窗口、月計窗口和日計窗口。年計窗口,是指確定某年中連續發射的月份,適用于像哈雷彗星探測器這樣的行星際探測任務;月計窗口,是指確定某個月內連續發射的天數,適用于火星探測等行星探測任務和月球探測任務;而日計窗口,是指確定某天內可以發射的時刻范圍,適用于衛星、空間站等的發射。

                      還有一種窗口稱作零窗口,是指在預先計算好的發射時間將航天器發射升空,不允許有任何延誤或變更。目前,中國在西昌衛星發射中心發射升空的所有探月衛星,都實現了零窗口發射。

                      一般來說,對于衛星和導彈的發射,只需選擇日計發射窗口。如果是發射星際探測器和航天飛機等,通常要同時選擇年計、月計和日計發射窗口。但航天器最終的發射時間總是由日計發射窗口確定的。以嫦娥四號為例,考慮到地球和月球之間相互運動的關系,嫦娥四號的發射窗口設定在2018年12月8日、9日兩天,每天2個發射窗口,一共4個發射窗口,每個窗口的范圍都很短,只有短短幾秒鐘,可見嫦娥四號的發射窗口設定得十分精確。

                      運載火箭沒有太嚴格的發射窗口限制。不過,在進行運載火箭發射試驗時,為了便于觀察和跟蹤測量,希望使反射陽光的箭體與背景天空形成較大的反差,因此一般選在傍晚或黎明前發射。

                      文/左文文

                    本文來自《科學畫報》

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