日常生活中,我们乘坐高铁、飞机等交通工具,发车或起飞时间都不是随机的。火箭作为卫星等“乘客”的运载工具,发射时间也不是随机的,且发射时间不是一个确定的时间点,而是一个比较适合发射的时间范围,被形象地称为“发射窗口”。
火箭发射窗口一般有四种:年窗口、月窗口、日窗口、零窗口。
“年窗口”是指一年甚至是几年才能遇到一次发射时机。一般火箭发射星际探测任务的探测器时,为“年窗口”。比如,美国发射“旅行者1号”时,发射时间就是“年窗口”。发生火星探测器,一般也是两年才有一次发射窗口。
“月窗口”是指每月都有几天适合发射。一般火箭月球探测任务的探测器时,为“月窗口”。比如,我国“长征3号乙”火箭发射“嫦娥3号”探测器时,发射时间就是“月窗口”。
“日窗口”是指每天都有适合发射的时机。一般火箭发射近地轨道、地球同步轨道和地球同步转移轨道等任务的卫星时,为“日窗口”。比如,我国“长征3号乙”火箭发射“北斗”导航卫星时,发射时间就是“日窗口”。
“零窗口”是指在预先计算好的发射时间,分秒不差地将火箭点火升空,不允许有任何延误与变更。一般火箭发射执行交会对接任务的飞船等时,为零窗口发射。比如,我国“长征7号”火箭送“天舟一号”货运飞船上太空,与“天宫二号”空间实验室交会对接,发射时间就是“零窗口”。
“发射窗口”是根据航天器本身的要求及外部多种限制条件经综合分析计算后确定的,主要有以下约束条件:太阳照射卫星飞行下方地面目标的光照条件(如气象、资源等卫星)、卫星太阳帆板与太阳光线的相对关系(太阳能电池供电的要求)、卫星姿态测量精度要求的地球和星光的几何关系、卫星温度控制要求太阳只能照射卫星某些方向、卫星处于地球阴影内时间长短的要求(太阳能电池供电的要求)、着陆回收时间的要求(如返回式卫星、载人飞船等)、对卫星轨道面的特定要求(如移动通信卫星星座、轨道交会、轨道拦截等)、地球与目标天体相对位置的要求(如月球探测器、行星探测器等)、其他如地面跟踪测量条件和气象条件等。
由于太阳、地球和其他星体的相对位置在不断变化,即使发射同一类型、同一轨道的航天器,其发射窗口也是不固定的。一旦由于技术原因或天气等其他原因,不能按时发射而错过了发射窗口时,则只能等待下一个发射窗口。有的航天器发射,一天之内不止一个窗口,有的只有等几天或更长时间再发射(如图所示)。
“长征6号”运载火箭进入发射塔架上静候发射