胖五火箭發射問天實驗艙 「零窗口」是甚麼一回事？

刊登日期 : 02/08/2022

發射窗口關乎天宮與地球相對位置

　　說問天實驗艙的「零窗口」發射之前，要先解釋一下「發射窗口」。「發射窗口」是航天用語，指的是適合火箭發射的時機。

　　如果只是要把衛星、飛船等航天器發射到任意環繞地球軌道，其實火箭甚麼時間升空問題都不大。但如果發射的航天器需要與軌道上的目標航天器交會，例如問天實驗艙要與「天宮」對接，所需要的精度便要高得多，這就會涉及目標航天器（天和核心艙）與地球之間的相對位置。

　　舉例來說，如果發射的飛船進入軌道後，太空站卻在軌道另一邊，它就要花耗燃料來加速才能「追」上太空站，這在每一克重量都要精打細算的航天發射來說，是很不理想，甚至直接影響成果。

　　所以最好的辦法，是計算好太空站飛臨發射場上空的時機，趁此發射飛船，讓它以最優路線直接到達太空站附近，這時機便是「發射窗口」。

　　當然，地球在自轉，太空站又軌道上高速運行，要計算「發射窗口」是很複雜的工作。

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「旅行者1號」發射窗口175年才一次

 　　除了交會對接外，航天器飛往其他行星，例如中國的「天問一號」前往火星，也必要在「發射窗口」升空，才能經「霍曼轉移軌道」到達火星附近，情況與飛船與太空站交會有些類似；至於「霍曼轉移軌道」為何物，這卻是另一個課題。

　　「發射窗口」多久會有一次？範圍可以非常大，以近地軌道為目標的，每天可以不止一次，也有的一、兩天一次。而深空探測任務，例如天問一號等飛往火星的探測器，「發射窗口」出現頻率就低得多，兩年多才有一次。

　　還有更極端的例子：美國在1977年發射的無人探測器「旅行者1號」，因為要利用星球間引力飛向太陽系外圍行星，適合的「發射窗口」175年才有一次。

　　另外，「發射窗口」除了出現頻率外，還有「寬度」的概念，也就是它時間範圍。一般深空探測的「發射窗口」寬度較大，可以長達數天以上。而需要精準進入地球軌道指定位置的航天器，「發射窗口」寬度會小得多，有的以小時計，也有的只有幾十秒。

　　這次問天實驗艙需要與天和核心艙對接，由於入軌的精度要求極為苛刻，所以負責發射任務的「胖五」火箭，經過計算後要在2022年7月24日下午2時22分32秒起飛；這種分秒不差的發射，也就是「零窗口」發射。

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中國航天科技能有限度修正「零窗口」

 　　也因為要分秒不差起飛，執行任務的火箭要可靠性極高，任何環節都不能有一丁點問題。很多媒報道對問天實驗艙升空，亦特別提到這是「胖五」、亦是中國大推力火箭首次成功「零窗口」發射。

　　另外，現在大家知道問天實驗艙順利升空，並與天和核心艙完美對接，惟有航天迷或許要問，萬一「零窗口」真的出現延誤，是否等於發射失敗？

　　原來目前的中國航天科技，已經有辦法補救。長征五號B運載火箭總體副主任設計師劉秉接受傳媒訪問時透露，「胖五」使用了「起飛時間修正技術」，即使發射稍有延誤，火箭控制系統是可以自動計算偏差，並調整目標軌道，將實驗艙精準送入預定位置。

　　不過「修正」並非無限，它所允許的誤差是0到2.5分鐘，所以只能作為「零窗口」發射的一重保險，中國航天人要爭取的，是一直保持「零窗口」的成功。

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