石豪:長徵八號——中國運載火箭換代進行時

2020-12-25 觀察者網

【文/觀察者網專欄作者 石豪】

北京時間12月22日12時37分,長徵八號運載火箭自文昌航天發射場發射升空,將新技術試驗衛星等多顆衛星送入太陽同步軌道。

這次發射,不僅象徵著中國新一代運載火箭的全面亮相,也標誌著「十三五」規劃期間中國航天的新一代火箭發射任務圓滿收官。

中國航天2020年的「One more thing」

史蒂夫·賈伯斯還在世的時候,不僅蘋果手機還附送充電器,他在年度發布會上的「One more thing」(還有一件事),更是被人津津樂道,新一代macbook等眾多明星產品都在「One more thing」環節閃亮登場。

「One more thing……」 (圖/蘋果發布會)

長徵八號,就是2020年中國航天帶來的「One more thing」。

長徵八號運載火箭(圖/中國航天科技集團)

中國航天是全面發展的,既有探索未知的空間探測器,也有保障人民生產生活的應用衛星。除去建設周期長的導航星座外,目前大量投入使用的主要是運行在地球靜止軌道的通信衛星,和太陽同步軌道的遙感衛星。

地球靜止軌道與太陽同步軌道(圖/NOAA SciJinks)

地球靜止軌道我們很熟悉了,在赤道上空35786千米高度,衛星的軌道周期與地球自轉周期一致,從地面看來衛星是高懸於赤道之上靜止不動的。

太陽同步軌道則要複雜一些。衛星在自己的軌道平面上繞地球旋轉,而地球也在繞太陽公轉。如果沒有擾動的話,衛星的軌道平面在太空中的方向是不會變的——也就是說,衛星的軌道面與日地連線的夾角會隨著地球公轉而不斷改變,就像下圖中紫紅色的軌道一樣:

但對於給地球拍照的遙感衛星來說並不合適,因為軌道面與太陽夾角的改變,意味著拍照時太陽光的方向改變,這給衛星照片的判讀處理平添了許多麻煩。

而太陽同步軌道設計的關鍵,恰恰就在「擾動」上。

如果地球是一個質量分布均勻的完美球體,那對於衛星的運行幾乎沒有擾動,可地球偏偏是一個「扁球體」,赤道直徑比南北極直徑大一些,這就對衛星的運行增添了一些額外幹擾。利用這種幹擾,我們可以設計出一種軌道,讓衛星每轉一圈,軌道面都偏轉一點,偏轉的速度恰好是地球繞太陽公轉的角速度:每天0.9856度。

軌道面跟著太陽的方向同步轉動,這就是「太陽同步軌道」。

太陽同步軌道 (圖/舊金山州立大學)

太陽同步軌道很獨特,它的軌道傾角大於90度,衛星運行方向與地球自轉方向相反,是所謂的「逆行軌道」。因此地球自轉速度對於發射非但沒有幫助,反而是一種阻礙。

之前,我們都是採用長徵二號丙/丁,或者長徵四號乙/丙火箭執行太陽同步軌道發射任務,700千米太陽同步軌道運力可以達到3噸,再大就力不從心了。所以今年12月6日,我們在西昌用運載能力更強的長徵三號乙火箭發射高分十四號衛星,而長三乙一直是用於發射地球靜止軌道衛星的,「臨時客串」並不是常態。

長徵八號火箭,為改變這種現狀而來。

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