航天员半夜赶路!神舟十三号为何什么选择凌晨发射,早晨到达?

神舟十三号凌晨0点23分发射 , 圆满成功 。 很多大朋友与小朋友熬夜观看发射 , 有些人一直坚持到了早上6时56分 , 飞船到家成功对接后才入睡 。 中国自古讲究“日出而作 , 日作而息” , 凌晨是人最困倦的时候 , 为何神13破天荒地选择在凌晨0点23分进行发射 , 而且精确到了“分”?
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(与月同框)
实际上 , 并非神舟13号选择这个时间 , 而是神13只能在这个时间发射 , 否则就会错过飞向空间站的路 。
都是夜猫子
我国的航天人员都是夜猫子 , 在我国航天史上 , 载人航天凌晨发射 , 神舟十三号是首次 , 但卫星、探测器经常在凌晨发射 。 例如:给我们带回来最年轻月球土壤的嫦娥五号就是凌晨4点半发射的 。
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嫦娥五号发射时 , 曾有一位网友表示:
嫦娥奔月肯定要选在半夜凌晨 , 月亮正高的时候 , 大白天发射 , 你上哪找月亮去 。
这似乎听着挺有道理 , 半夜瞄准月亮 , “嗖”一下发射上去 , 但这显然不是正确答案 。 根据不同航天器的任务设计或用途 , 它们的运行轨道高度是不一样的 。 此外 , 还要考虑经济、时间、天气、技术限制等因素 , 所以航天器都存在特定的发射窗口 。 例如:火星探测器的发射窗口为26个月 , 如果这次因为某些原因错过了 , 再想发射就要等26个月 。
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航天员半夜赶路!神舟十三号为何什么选择凌晨发射,早晨到达?】(地球到火星轨道)
一般情况下 , 大多数航天器也会选择傍晚或凌晨进行发射 。 这两个时段太阳处于地平线附近 , 火箭升到一定高度就能接触到阳光 , 强烈的箭体反射光会突然让它在原本暗淡的天空背景中 , 如同一颗璀璨的明星脱颖而出 , 便于地面光学设备追踪轨迹 。
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此外 , 凌晨发射还有一个优势 , 可以保证到达太空的卫星处于最好的状态 , 指的是卫星能在第一时间见到太阳 , 意味着太阳帆板展开后可以第一时间进行充电 , “有电了就有了安全感” 。
径向交会对接难度很大
神舟十三号的任务相对于探测器或卫星 , 有更明确的目的地——空间站 , 而且要进行“径向交会对接” 。 这需要神舟13号与空间站呈90度进行“T”字型对接 , 对接时需要时刻瞄准天和号核心舱下方 , 仅有“80厘米”的接口 , 这无异于在太空中进行穿针引线 。 我们用之前神舟12号的对接方式来进行比较 。
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(神舟12号对接空间站)
神舟12号的对接就像是操场上有一个圆形跑道 , 一个人以7.68km/s的速度在前面跑着(空间站轨道运行速度) , 后面另一个人也在同一跑道上以稍微高于7.68km/s的速度缓慢追着它 , 直至两人接触完成对接 , 像是一个“追及问题” 。
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(神舟13号径向交会对接)
神舟13号的对接并非同一赛道上进行 , 如果说空间站在第5赛道以7.68km/s的速度绕着圆形操场进行圆周运动 , 神舟13号则是在第1赛道以不同的速度奔着跑 , 飞船要保证始终与第5道选手一直处于同一水平线上 , 这样才能时刻瞄准对接接口 , 同时要逐渐改变速度以及调整姿态 , 从而横跨2、3、4赛道 , 与空间站进行对接 。 这一系列动作过程中都需要遵守“轨道运动定律” , 由于技术太过复杂 , 因此之前没有飞船敢在太空进行尝试 , 神舟13号属首例 。
为确保对接成功 , 在凌晨发射
上面提及的“T字型”对接以及赛道的例子在“二维平面”背景下描述的 。 然而 , 在太空进行交会对接是两个航天器在三维空间中完成的 。 但真正在三维空间中 , 随意进行变轨与另一个航天器进行相遇且对接 , 这种技术地球人尚未掌握 。
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(沿切线的下道口与直角弯下道口对比)
大家自行脑补一下 , 两个轨道平面相互垂直的极端的例子:一个绕着赤道飞 , 一个绕着南北极飞 , 它俩如果想要同速同向完成对接 , 意味着航天器要在太空中拐直角弯 。 为此 , 在火箭发射时就要尽可能地将“三维”化简为“二维” 。