为什么刮点小风下点小雨火箭就要推迟发射？

　　文章来源：科学大院

　　作者：太空精酿（代尔夫特理工大学）

　　最近SpaceX猎鹰重型火箭成功发射的消息不断刷屏，但它的发射时间一推再推也让很多关注的人郁闷无比。明明天气晴朗无风，为什么非说风太大而推迟？

　　猎鹰重型火箭发射场直播视频截图：晴，万里无云。但此时SpaceX刚刚宣布高空风太大，延后两小时发射 ?PBSnewshour

　　在世界各国的航天发射过程中，都要严格遵守一套叫做“火箭发射天气标准（weather launch commit criteria）”的规则。这套规则规定了各种气象条件。如果没有特殊的任务要求，不满足其中任何一条就必须推迟火箭发射。

　　其中最傲娇的恐怕就是航天飞机发射了，由于航天飞机拥有超过250万个零件、平均算下来每次发射费用达到15亿美元（由项目总花费和总发射次数计算而来）之巨，不得不对天气更为小心。

　　在航天飞机的任务历史中，有接近一半的延期发射与天气因素相关。

　　我国的载人航天发射也是如此，在发射直播期间，中央电视台一定会采访酒泉东风航天城的气象站，而气象站一定会汇报风速、风向、温度、湿度、云层情况等详细信息，最后会总结为一句话：“该气象条件可以满足发射要求”，然后才能进入下一步。

　　为什么火箭发射会如此敏感于天气状况呢？而哪些恶劣天气会导致火箭发射推迟？

　　1.恐怖的雷电和雨云

　　希腊神话中主宰雷电的宙斯成为了众神之王，中国神话中雷公电母也地位非凡，甚至在中国文化中最恐怖的诅咒之一也是“天打雷劈”，人类对于雷电的恐惧可见一斑。

　　而事实上，“遭雷劈”也是火箭发射中最为恐惧的一条。

　　其实道理很简单，火箭由很多精密的电子仪器构成、且在飞行过程中需要大量的地面雷达遥测信号，雷电很容易导致电子仪器短路和失效，雷雨云也极大干扰地面遥测信号导致火箭制导与控制困难重重，雷击强大的能量甚至可以击毁火箭。

　　1987年3月26日，美国的宇宙神—半人马火箭在发射美国海军一颗价值超过10亿美元的通讯卫星时，就不幸遭遇了这种状况。发射仅仅48秒后，就有强闪电击中火箭，包括火箭偏航控制元件在内的诸多器件发生故障，火箭在空中自爆，任务失败。

　　1983年8月30日航天飞机第八次任务时，挑战者号因为飓风“巴里”被延迟发射达10天之久，摄影师Sam Walton记录下来了延迟期间闪电击中发射台的场面 ?NASA

　　2.强风

　　火箭发射并不是笔直飞向天空，当到达一定高度后便开始转向，从而达到任务的轨道倾角要求。

　　在此期间，火箭需要经历复杂的转向和姿态控制，而过大的风速、甚至剧烈变化风速和风向的风切变，都显然将影响这一控制精度。

　　所谓“失之毫厘，谬以千里”，起步阶段的火箭对于控制精度要求极高，因此必须尽量减小强风天气对火箭的影响。

　　大气是个由对流层、平流层、热层、电离层等组成的高达100千米的综合，在每一层都存在不同的气象条件和风速，它们中的任意一层出现异常风速都将导致火箭控制大打折扣，甚至造成任务的失败。

　　人类生活在对流层底部，但这里感受到的风根本无法代表高空大气情况。对于后者的了解需要综合专业发射场气象观测站、探空气球、气象卫星等因素而来。

　　国际空间研究委员会（COSPAR）公布的大气模型中关于平均风速的描述，可以看到对流层的风速比起高空大气只是小巫见大巫 ?COSPAR

　　欧空局最著名的罗塞塔彗星探测任务，需要在茫茫太空中花十年时间追上目标——丘留莫夫-格拉西缅科彗星。它对发射窗口的要求可谓更加严格。

　　但它先是因为阿丽亚娜火箭之前的故障被延期近一年，临近到新发射窗口时，又因为高空大气的强风进一步推迟24小时，但为保障安全，宁愿事后修改设计轨道也不能冒险强行升空。

　　因此，SpaceX在发射猎鹰重型火箭和猎鹰九号火箭时，被高空风切变影响而延后，更是家常便饭。

　　更何况在人类生活的对流层内，这里的大风天气一般伴随着风雨雷电，这就导致航天发射危险系数进一步升高。

　　3.空间天气

　　在航天发射中，需要考虑的天气远不止地球天气这么简单，还要考虑行星际的空间天气，对于地球而言，则是需要观察太阳的活动。

　　比如剧烈的太阳耀斑和风暴可以轻易引起大范围地球磁暴，在整个电离层引起巨大波动，这种人类肉体难以察觉的灾难，可以轻易毁掉航天器的元件甚至直接使它们报废。

太阳活动和磁场作用不仅产生极光，剧烈的活动也会导致电离层出现“风暴” ?ESA

　　1989年3月的太阳风暴直接导致美国GOES卫星寿命减半，日本卫星CS-3B异常、命令电路损坏，而1998年的太阳风暴则直接导致美国银河-4号通讯卫星报废。

　　俄罗斯2011年发射的火星探测器福布斯土壤号，则是在刚进入环绕地球轨道就遭遇了强宇宙射线辐射，导致芯片发生故障。使得中国第一个火星探测器萤火一号任务也不幸一同失败。

　　在航天发射时，也需要尽力避免太阳活动频繁的时期，使得这种风险降到最低。

　　4.低温

　　极寒天气也会对火箭发射产生不利影响，这体现在对地面发射场和火箭外置元器件的影响上。

挑战者号发射前发射架恐怖的冰锥 ?NASA

　　最典型的例子就是1986年1月28日的挑战者号航天飞机发射事故。

　　发射前，位于美国东海岸的肯尼迪航天中心遭遇了罕见的极寒天气，气温连续处于零下，挑战者号在被立到发射台后被迫推迟。负责航天飞机助推器的生产商们发出过警告，发射场长时间低温可能导致密封垫圈失效，而加注液氢、液氧后将使情况更加严重。

　　最终，挑战者号的确因为发射期间固体助推器的O型密封圈在剧烈震动情况下脱落失效，导致燃料箱发生剧烈的爆炸，挑战者号事故也因此成为世界最严重的航天事故之一，损失惨重。

　　5.日照情况

　　火箭发射还需要考虑任务需求而制定任务时间，比如对光照要求较高的太阳同步轨道卫星、光学气象卫星等任务必须白天发射，需要光学遥测制导的火箭也必须考虑日照情况：不能太强也不能太弱。

　　绝大部分携带太阳能帆板供能的卫星任务，也需要考虑入轨后展开太阳能帆板时的位置。不过，这个相比其他原因的影响力要小得多了。