日前,B站(嗶哩嗶哩,簡稱B站)首個冠名衛星「嗶哩嗶哩視頻衛星」終於成功升空,引來不少網友調侃:「這裡面有我們充的年費大會員」、「小破站有排面了」、「以後開設太空舞蹈區吧」等等。
值得一提的是,B站這顆衛星經歷有些坎坷:該衛星在5月11日就運往酒泉衛星發射中心,計劃搭乘快舟11號升空,但6月下旬並未如期傳出消息。7月7日,發射時間定為10日12點11分;7月9日,發射時間再次調整推遲了6分鐘。
7月10日,快舟十一號運載火箭搭乘嗶哩嗶哩視頻衛星升空後,火箭飛行出現異常,發射失利。
直到9月15日,長徵十一號運載火箭搭載嗶哩嗶哩視頻衛星,終於自海上成功發射升空。
屢次的失敗一再引來粉絲調侃「鴿子衛星」、「咕咕號」,但其實這並非B站或發射方故意「跳票」,實際上,衛星、火箭等太空飛行器的發射一向是「一波三折」。
為何太空飛行器發射如此一波三折?
在太空飛行器的發射環節,除了技術問題以外,也有很多外界因素會對發射產生各種各樣的幹擾。
在技術方面,如果火箭、宇宙飛船、有效載荷或地面系統等任何部分的傳感器在發射前檢測到異常,發射任務將被暫停,以檢視可能存在的任何問題,有時這會導致發射任務取消。
天氣則是造成發射任務延遲的另一個常見原因。由於目前的天氣預報並不能做到百分百準確,臨時的天氣變化有可能造成發射任務延遲或取消。
以NASA為例,他們持續使用氣象氣球、都卜勒雷達、氣象雷達和其他設備來監測發射臺周圍的天氣情況。
典型的天氣問題主要包括風、雲和閃電。
地面附近或高空的大風會對火箭操縱造成影響,其中垂直風切變就是一種相當重要的風險因素。強烈的垂直風切變還會對橋梁、高層建築等造成強烈的破壞作用。
在強對流天氣(如雷暴、積雨雲)、鋒面天氣(冷鋒、暖鋒、錮囚鋒等)、低空急流天氣中都容易產生有一定影響的低空風切變。
低空風切變對太空飛行器、飛機等飛行器起飛和著陸安全威脅最大。它不僅能使飛行器航跡偏離,而且可能使其失去穩定。這是由風切變的本身特性造成的:特別強的下降氣流會造成飛行器突然非正常下降,有可能高度過低造成危險;順風氣流使飛行器突然減速,易進入失速狀態,飛行姿態失去控制。
(垂直風切變示意圖)
如果發射臺附近的風力達到或超過每小時35英裡,發射將被取消。
雲層、雷電也會導致發射失敗。NASA規定,在預定發射時間前30分鐘內,發射臺10海裡內不得有雷擊。
如果火箭在發射過程中被閃電擊中,推進劑和燃料可能會發生爆炸,偏離軌道,導致導航系統、維生系統等重要部分損壞,甚至墜毀在人口密集的地區。
即使原本沒有閃電,雲層和火箭自身也有可能觸發閃電。
1969年,美國的阿波羅12號飛船由土星5號運載火箭發射,起飛僅36.5秒後,地面觀察人員突然發現空中出現了藍色閃電,導致飛船燃料電池突然斷電,飛行平臺失控,地面飛行控制中心驟然失去了全部遙測信號,差點釀成重大事故。
事後調查發現,土星5號火箭噴出的火焰氣流中有許多具有導電性的離子,導致火箭與其噴出的火焰成為了一根在雲層中運動的數百米長的導體,在雲層中誘發了閃電。
這次事故後,美國出臺了一系列規定,其中就包括,火箭飛行穿透的雲層厚度不得超過1700米。
除了閃電之外,過厚的雲層對火箭發射還有其他重大影響。火箭穿過積雨雲時可能會受到雷擊;火箭高速通過雲層時可能會與冰晶、水滴、氣溶膠微粒摩擦產生靜電,在火箭外殼中產生有害的電流;如果出現火花放電現象,放電造成的幹擾脈衝有可能使控制系統計算機發生故障。
因此,由於以上種種因素,火箭發射往往在相對晴朗的天氣裡進行。NASA甚至針對積雲、捲雲制定了不同的發射程序。
高溫天氣通常不會影響太空飛行器的發射,但溫度低於48華氏度(8.88攝氏度)可能會導致危險的冰堆積。
冰的影響在民航飛機中也很常見:機體結冰會改變飛機的氣動外形和特性,機翼結冰會直接導致升力不足,而溫度、壓力傳感器(空速管)結冰則會使儀表指示失真。
一些火箭使用的低溫燃料如液氫、液氧對溫度要求很高,外界氣溫也會改變燃料的加注量。
據FAA飛行安全部統計,1990~1999年期間由於氣象原因引起的事故共3230起,其中結冰引起的事故達到388起(佔12%)。
1986年的挑戰者號事故導致7名機組人員遇難,故障定位為火箭的橡膠O形圈在發射前夜凍壞。
另一些意料之外的因素也會影響太空飛行器的發射任務。如飛機、船隻在火箭確定的安全範圍內徘徊:2014年,計劃在NASA瓦洛普飛行中心發射的國際空間站物資補給任務突然取消,因為一艘船不知不覺地進入了火箭飛行路徑下方,距發射點僅40英裏海域。
其中一件有意思的事情是,1995年在「發現號」太空梭臨發射前的例行檢查中,工作人員發現,接近外置燃料罐頂部的泡沫隔熱層上被啄木鳥啄出了200多個洞。調查發現,隔熱層所用泡沫材料的顏色和質感,都很接近啄木鳥喜歡用來築巢的材料。
而為了趕走這些啄木鳥,甘迺迪航天中心只得在豎立「發現號」的發射架上安放塑料貓頭鷹、播放事先錄好的貓頭鷹叫聲,並高聲鳴響汽笛。
儘管有些小問題只造成數分鐘的延遲,但也可能讓發射錯過窗口期,造成發射任務延誤。
發射窗口期有寬有窄,寬的以小時計,甚至按天、按月計算;窄的只有幾分鐘,甚至幾十秒鐘。
對於有特定目的地(如月球、火星)的發射任務來說,選擇一個合適的窗口期,能節省大量燃料,節約路途上的時間,事半功倍。
發射延誤,B站損失不大?
發射任務延誤、取消對於航天機構來說可謂是「家常便飯」。
NASA1995年的STS-73飛行和1986年的STS-61C飛行都經歷了六次失敗的發射嘗試,才在第七次發射成功。
從歷史來看,一個多月的延遲也顯得微不足道。在挑戰者號(Challenger)和哥倫比亞號(Columbia)發生災難後,NASA早期的一些任務被推遲了好幾年。
美聯社2007年對太空梭發射延遲的分析發現,NASA的太空梭發射任務準時率只有40%。在當時進行的118次太空梭飛行中,僅有47次準時起飛。
超過一半的延誤是由技術故障造成的,而壞天氣造成了大約三分之一的延誤。
發射任務的延遲有著巨大的成本,NASA發言人安德裡亞·託馬斯(andrea Thomas)說,當太空梭的外部燃料箱裝滿燃料後再取消任務時,浪費的液氫和液態氧推進劑的費用約為50萬美元,70萬美元用於支付工作人員。
隨著時間的推移,反覆的延誤也可能會迫使後續的任務進行調整。
不過,對B站來說,發射延誤的損失可能並不大——儘管B站冠名的這顆衛星的製造成本約2500萬人民幣,但實際上B站並非買下整顆衛星,而只是買下其「冠名權」,並且定製了衛星的一些科普服務罷了。
B站通告中提到,該視頻衛星繼承了「吉林一號」系列國產衛星成熟單機及技術基礎,入軌後將與此前發射的16顆「吉林一號」衛星組網,在應急安全、防災減災、城市建設等領域發揮作用。
可以看出,雖然名為「嗶哩嗶哩衛星」,但其實質上只是「吉林一號」星座的一部分,並非額外為B站所設。
這也難怪近來諸多B站「放衛星」新聞傳得沸沸揚揚,一些媒體卻言辭犀利地將其評價為「本質是一場秀」了。
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組