气象预报是航天工程成败的重要因素

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去年4月24日,国务院批复设立“中国航天日”。这个日子对于中国运载火箭技术研究院原党委书记梁小虹来说,有着特别意义——设立“中国航天日”的提案由他提出,39位院士联名呼吁,最终获批。梁小虹最初的想法是以2003年10月15日“神舟五号”搭载杨利伟进入太空的时间作为航天日。后来经过讨论,最终决定把4月24日作为航天日。因为1970年4月24日,“东方红一号”卫星成功发射,这是中国航天第一个里程碑。

对航天而言,运载火箭、发射场建设、气象保障条件等缺一不可。“所有型号火箭的发射都与气象条件有关。”梁小虹说,气象条件不是参考,而是“发令枪”,只有在符合发射的气象条件时,火箭才能点火上天。

不仅如此,梁小虹指出,距地20公里至100公里的“临近空间”是航空与航天的结合部,目前除了运送载人飞船的火箭外,这片空域仍是人类飞行的禁区。未来,对临近空间的开发与探索势在必行,这也需要气象部门提供大量空间天气数据和保障服务产品。

曾经担任“神舟九号”发射任务气象保障专家组组长的王业桂总工程师认为,气象条件是影响火箭发射唯一一项不可控的因素。王业桂说,气象条件的影响集中体现在火箭垂直转运、火箭点火发射、返回舱返回这三个阶段。

在火箭垂直转运中,离地表100米以下的浅层风速不能超过10米每秒。“位于上端的飞船和逃逸塔较重,没有进行燃料加注的箭身轻,风速大了是不安全的。”王业桂说,“火箭起飞时风速也不能太大。火箭起飞初速度很慢,风速对火箭飞行姿态影响很大。”

对于风速动辄20米每秒的海南文昌航天发射场来说,浅层风预报就成了重点。文昌航天发射场气象室高级工程师郭学文说:“文昌发射场初建时,当地对浅层风没有预报先例,且观测资料较少。我们对过去10年的数据进行全面总结,再完整地研究了实时资料,在此基础上,对场区可能受到的恶劣气象系统、环流形势做了较全面分析,总结了一些规律和预报思路。从这两年的预报来看,基本上摸清了影响发射场浅层风的主要因素。”

此外,火箭推进剂对温度也有要求,温度高了会造成燃料汽化,温度太低会造成燃料凝固;火箭外部部件上若凝成水滴或结冰,会导致部件失灵。一般来说,火箭发射时的地表温度不能高于40℃,也不能低于-20℃。“神舟四号”飞船发射时,酒泉卫星发射中心的地表气温下降到-29℃,工作人员想尽办法为火箭保温,创造了低温发射的纪录。

雷电对载人航天工程的影响可能是毁灭性的。火箭在飞行过程中,如果遭遇雷电,后果不堪设想。即便是较远距离的雷电现象,也有可能干扰火箭和飞船内部的电子设备。因此,航天气象保障需要扩大对雷电的预报范围。

王业桂认为,短期内很难用人工影响天气的方式来消除气象条件对航天活动的影响,只能依靠不断提高预报准确率,来选择火箭发射的最佳时机。可以说,气象预报已成为决定航天工程成败的重要因素。

“载人航天对天气预报的要求就是一定要有会商结论,而且是一致的结论。”王业桂说,这个结论要供指挥部判断火箭发射时机。近年来,风廓线雷达、测雨雷达等先进气象设备在我国军地各级气象部门陆续装备,数值天气预报模式的广泛应用也大大提高了预报准确率。王业桂认为,如今,我国提前4个小时做出的“发射窗口时间”天气预报,几乎可以做到丝毫不差。来源:中国气象报

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