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火箭_军事武器|盘点那些让火箭发射“头疼不已”的天气因素

火箭发射是一项涉及诸多技术和学科的复杂系统工程 ， 受到多方面的制约和影响 ， 其中 ， 天气因素对火箭发射的影响很大 ， 严重时攸关发射成败 。 那么 ， 天气因素是如何影响火箭发射的呢？
发射前 ， 火箭绝大部分时间都处在总装测试厂房、发射塔封闭平台等环境较好的室内 ， 而剩下的一小部分时间里 ， 火箭会直接暴露在外部环境中 。 这一小部分时间包括箭船组合体从总装测试厂房向发射塔转运和火箭从发射塔封闭平台全部打开到点火发射两个时间段 。
相较于这两个时间段 ， 发射后的几分钟时间似乎显得微不足道 。 然而 ， 火箭在直冲云霄的几分钟里 ， 会在不同高度经历温度、云量、风速和风向等各种天气因素的考验 。 那么 ， 到底哪些天气因素会影响火箭发射呢？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！
1.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 ， 即这段高度上风速和风向随高度的变化态势 。 浅层风对火箭的垂直转运影响很大 ， 例如我国长征二号F运载火箭在转运时 ， 火箭头部会装载加注了推进剂的载人飞船 ， 而火箭自身却没有加注推进剂 。 一旦风速过大 ， 火箭很可能会因“头重脚轻”而失去平衡 ， 引发事故 。
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长征二号F运载火箭转运
为了解决这一问题 ， 发射场中建有一种高80米的气象塔 ， 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 ， 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 。
2、高空风
高空风指的是地面至30多千米高度范围内的风场 。 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（指风向、风速在水平或垂直距离上的变化）风力较大的风 。 火箭飞到这段高度时 ， 如果风速过大 ， 很可能使箭体弯曲变形 ， 严重时甚至会损坏火箭结构甚至导致解体 。 因此 ， 高空风预报对火箭飞行安全至关重要 。 针对高空风 ， 发射场采用了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 。
3、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 。 表面上看 ， 温度对发射的影响似乎没有风力大 ， 但同样不容小觑 。
1986年1月28日 ， 美国挑战者号航天飞机发射升空 ， 然而起飞后仅73秒就发生爆炸 ， 机上7名航天员全部丧生 。 经调查发现 ， 原来是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 ， 使火箭喷射的高温气流进入助推器 ， 推进剂贮箱爆炸 ， 从而造成了悲剧 。
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美国挑战者号航天飞机发生事故
4、其他天气因素
除了上述因素 ， 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 ， 过于潮湿的环境不仅会降低电子器件的可靠性 ， 还会使固体火箭发动机装药的含水量增加 ， 使其推力降低 。 而这些因素中最危险、对发射安全影响最大的非雷电莫属 。
由于火箭箭体采用了许多金属材料 ， 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上的电子仪器 ， 就会引发灾难性的事故 。 因此 ， 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 。
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被雷电击中的俄罗斯联盟号
如我国文昌航天发射场内的每个发射工位周围都建有四个高大的避雷塔 ， 避雷塔之间拉了3道防雷线 ， 经仿真计算实验 ， 可以把避雷塔由160米降低至115米 ， 将雷电拦截效率提高到98.5% ， 形成既能防直接雷也能防地面雷的立体效果 。
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文昌航天发射场发射工位的避雷塔
考虑到天气因素可能会影响到任务的实施 ， 科研人员利用天气预报预警、以及利用金属的导电性引流高压电击 ， 或利用冗余系统为火箭备份等各种办法来保障发射的成功和火箭的安全飞行 ， 确保任务万无一失 。
来源/中国航天科普网
编辑/张馨方、王霄
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