火箭发射飞船时,要求在一定时间范围内完成发射,这样飞船才能按允许的时间和工作状态完成在轨飞行和返回任务。这个发射时间范围称为发射时间窗口,通常称为发射窗口。
早期火箭的发射窗口是根据光学观察条件来确定的,发射时间一般选择在凌晨或傍晚,这时太阳处于地平线的位置上,对飞行高度在数十千米的火箭,阳光能照射到火箭,而大地处于比较暗的环境中,产生较大的反差,形成较好的光学观察条件,以便对火箭飞行进行光学测量研究。例如发射我国第一颗人造地球卫星时,发射时间为北京时间21时35分,发射场当地时间为20时15分,这时大地已漆黑一片,而卫星在高空受到阳光的照射,人们可以用肉眼在夜晚的天空中观察到飞行中明亮的人造地球卫星。
在应用卫星出现后,卫星对发射条件的要求更为复杂。由于卫星的功能、用途各不相同,各类卫星对火箭发射条件有不同的要求,相应的发射窗口也不尽相同。
发射窗口实际上是根据对发射时间有影响的限制条件逐项加以分析和计算,通过综合分析,确定飞行轨道与特定对象(如太阳、月球、交会目标等)之间的相对位置来确定的。
载人飞船发射窗口的选择要考虑哪些因素呢?
载人飞船发射窗口要考虑太阳光照的影响,有时还要求在白天返回国内着陆场。其发射窗口宽度则要受到姿态测量和太阳电池阵对日定向要求的制约。另外,飞船运行区域和着陆场区的气象条件也是需要考虑的因素。
对飞船交会对接任务来讲,发射窗口的宽度还要取决于轨道面共面的要求。由于发射窗口的宽度极小,一般称为零窗口。在零窗口发射时火箭的发射时间几乎没有调整的余地,通常采用定时控制火箭点火的办法来实现零窗口的发射。如果火箭不能准时发射,则要推迟到第三天(对于目标飞行器为两天回归轨道)或第四天(对于目标飞行器为三天回归轨道)。这里所说的N天回归轨道是指星下点轨迹每隔约N天就重复一次的轨道。甚至要推迟若干天才能发射。所以零窗口发射对火箭的可靠性提出了更高的要求。
火箭也可以采用轨道机动的办法来扩大发射窗口的宽度,但这要求火箭提供更大的运载能力,来补偿由于轨道机动引起的运载能力损失。