两颗北斗卫星因天气原因今晨提前发射！一文读懂天气如何影响航天发射

北京科技报 | 中国航天科普、人民日报

2019-09-23

据人民日报消息，在举国上下喜迎中华人民共和国成立70周年之际，北斗卫星导航系统任务一线再传捷报。2019年9月23日5时10分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭（及配套远征一号上面级），以“一箭双星”方式成功发射第四十七、四十八颗北斗导航卫星。

据悉，此次发射任务原定发射“窗口”因天气原因不宜实施，为不影响整个组网计划进程，北斗工程指挥部迅速调整工期，转换状态，决策提前发射。

天气因素对航天发射的影响很大，严重时攸关成败。那么，天气因素是如何影响火箭发射的呢？本篇，让我们来看看那些影响航天发射的天气因素。

发射前，火箭绝大部分时间都处在环境较好的室内，比如垂直厂房和发射塔封闭平台等。室内环境能够为火箭遮风避雨。而剩下的一小部分时间中，火箭则直接暴露在外部环境中，被迫接受大自然的考验。这一小部分时间包括两个时间段，即箭船组合体从垂直厂房向发射塔转运的2个小时，和火箭从发射塔封闭平台全部打开到点火发射的45分钟。

▲垂直厂房

相较于发射前的2小时45分钟，发射后的几分钟似乎显得微不足道。然而，发射后，火箭能在这几分钟的时间内直上云霄，在不同高度遭受各种天气因素的考验，例如温度、云量、风速和风向等。

那么，到底哪些天气因素会影响航天发射呢？总的来说，影响航天发射的天气因素有浅层风、高空风、温度以及诸如雷电、温湿度等其他因素。下面，让我们来深入解读一下这些天气因素吧！

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浅层风

浅层风指的是从地表至距离地表80米左右高度的风场，也就是这段高度上风速和风向随高度的变化态势。浅层风之所以值得注意是因为它对火箭的垂直转运影响很大。试想，长征2F运载火箭高60多米，转运时，位于火箭头部的载人飞船已经加注了推进剂，而火箭自身没有加注推进剂。一旦风速过大，头重脚轻的火箭很可能会失去平衡，发生事故。

▲长征2F运载火箭正在垂直转运

为了解决这一问题，航天发射场中建有一种高80米的气象塔。这种气象塔上安装着超声波测风仪、平均场测风仪等设备，能够获取风向、风速、温度、湿度等气象信息，为浅层风的预报提供数据。为了使预报结果更加准确，航天发射场还会统计历年的测量资料，分析浅层风的变化规律以及大风、浅层风和阵风特征等。

▲气象塔

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高空风

高空风关注的是地面至30多千米高度范围内的水平气流的方向和速度。其中，距离地面8~15千米的高空风是大气层中风速最高，切变风风力较大的风。火箭飞到这段高度时，如果风速过大，很可能会使火箭箭体弯曲变形，严重时可能会损坏火箭结构甚至导致火箭解体。因此，高空风预报对火箭飞行安全是至关重要的。

切变风：切变风是指风向或风速在水平或垂直方向发生突然变化的现象。

针对高空风，航天发射场采用气球测风和风廓线雷达测风相结合的方式，能够对高空风实现精准观测。

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温度

温度对发射的影响主要体现在火箭成千上万的元器件上。这些元器件都有适宜各自正常工作的温度范围，一旦温度超出范围，元器件就会停止工作，进而影响火箭的发射。看上去，温度对发射的影响似乎没有浅层风和高空风大，但它也是不容小觑的。

1986年1月28日，美国挑战者号航天飞机发射升空，开始执行它的第10次航天任务。起飞后仅73秒，航天飞机发生爆炸，机上的7名航天员全部丧生。事后经过调查，发现发射时环境温度过低，导致火箭一个助推器装配接头上的橡胶密封圈发生破裂，于是火箭喷射的高温气流进入了助推器，导致推进剂贮箱爆炸，引发悲剧。

▲刚刚发射的挑战者号航天飞机

除了上面三个天气因素，其他天气因素也会对航天发射产生影响。例如，过于干燥的环境会容易产生静电和电火花，过于潮湿的环境会使设备表面结露，这些轻则引起电气短路，重则影响火箭的安全飞行。而天气因素中最为危险的，要数雷电或带电云团了。

▲海滨发射场环境较潮湿需要做好防潮工作

由于火箭箭体采用的材料中有不少金属材料，因此遇到雷电或带电云团时，诱发高压电击的可能性非常大。一旦高压电击损坏了火箭或飞船的电子仪器，就会引发灾难性的事故。发射场利用雷电定位系统、地面电场仪网、高空电场探测系统、卫星气象探测数据及相关数据管理设备，构建起雷电监测预警系统，以便准确地监测和预报、预警雷电的发生。