为什么刮点小风下点小雨火箭就要推迟发射「为什么刮点小风下点小雨火箭就要推迟发射」

出品：科普中国

制作：太空精酿

监制：中国科学院计算机网络信息中心

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？

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。

动图 对于雷电来说，击毁一个火箭（带有高爆燃料）比击毁汽车简单多了

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

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。

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。

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。

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。

那么，如果真的因为受到上述情况的影响，推迟发射，会造成哪些影响呢？

a.对液体火箭燃料加注的影响

液体燃料火箭是目前航天发射的绝对主流，占据了90%以上比例，它们使用的燃料一般是液氧、煤油、液氢、联氨、四氧化二氮等，普遍需要低温保存。

例如我国的长征五号就是一个以液氧、液氢为主要燃料的“胖冰箭”，液氧、液氢的保存更加困难，要零下252.8摄氏度（液氢）和零下183摄氏度（液氧）。

以猎鹰火箭为例，火箭发射时的脱落物里就有寒冷燃料导致的火箭表面水汽凝结而来的冰块，但这只是液氧煤油燃料，液氧液氢比它还冷，可见长五这种“胖冰箭”是真“冰”啊 ©Space-X

在这种情况下燃料加注的时间点就非常重要，否则只有在极低温度下才能稳定保存的液态气体燃料将会难以在常温环境下保存，给地面发射场系统造成巨大障碍。

同理，传统的四氧化二氮和联胺燃料，会对火箭罐体产生缓慢腐蚀作用，发射窗口也需要着重考虑这个问题。

因此，如果火箭发射被天气问题延迟、尤其是加注燃料后被延迟，对火箭的发射安全系数影响很大，需要尽力避免。

b.发射窗口的影响

任何一个火箭发射任务都有一个叫做发射窗口的概念，比如前文提到的有些卫星必须赶上一定日照环境。对于行星际任务，往往要赶上星球之间的相互位置，比如地球和火星之间大概每26个月才出现一次发射机会，已经飞出太阳系的旅行者1号和2号更是赶上了175年一遇的罕见时间窗口才得以遍访外围行星（1号由于土星-泰坦探测任务主动放弃天王星和海王星探测）。

而对于载人航天任务、尤其是有空间交会对接任务而言，更是有所谓“零窗口”的概念：由于目标对接航天器在太空中时刻运动、而地球也一直在转动，所以目标航天器只有在特定的时间才会路过与发射场位置“重合”的上空（其实是之前，因为要考虑火箭发射期间飞船也在运动），所以准备对接的航天器必须按时按点准时升空、甚至要做到与预计时间分秒不差才能在太空中准确交会对接。

以国际空间站的货运飞船进步号为例的地面轨迹图，可以明显看到要飞行很多圈之后才会重复路过某地/发射场上空 ©RussianSpaceWeb.com

就像国际空间站对接、我国天宫一号和二号的飞船对接实验一样，在这种情况下可以想象因为天气问题延迟将会多么可惜。不过好在这种延期不会很久，基本等上一两天就会有下次窗口。

也正因如此，世界各地的发射场都会有极其严格的天气预报流程，早在发射之前几周便会分析各种气象数据预测发射日的天气状况，甚至释放探空气球探测局部具体信息。如果发现有可以驱散的恶劣天气，比如小型雨云，甚至会采取先发射“火箭”的方式来应对。

不过，此时发射的“火箭”一般都是能够“呼风唤雨”的专用人工降雨炮弹或火箭，它们可以通过提前下雨的方式减少天气对发射期间的影响。

但是目前人类对于真正恶劣的天气，比如风暴和大型雨云，还是得靠这个态度，

“我打不起，但我躲得起”！

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。

火箭为什么不能在刮风下雨的天气中发射？

造成火箭发射推迟的原因有哪些？

转载请注明：【文章转载自公号：中国航天科普（id：space-more）】

火箭的发射时间有时会因种种原因而临时推迟，那么这样的推迟是“个案”还是“惯例”？火箭的发射时间为何会被临时推迟？推迟后对火箭、卫星乃至整个发射任务又有哪些影响呢？

其实，在全球的宇航发射中，推迟发射并非个案。例如，除了SpaceX公司三番五次地推迟猎鹰-9火箭的发射任务外，美国在“天鹅座”“猎户座”等几次重大发射任务中都遇到过临时推迟的情况。有人曾开玩笑地说：“美国发射任务临时推迟似乎成了‘家常便饭’。”

造成火箭发射推迟的原因多种多样，大致分为几类：技术原因、天气原因以及落区情况等因素。

在技术原因方面，如果进一步细分，还能分为运载火箭自身原因、有效载荷和配合目标的状态。

顾名思义，运载火箭和有效载荷的技术原因很容易理解，而 配合目标 则是指与此次发射任务相配合的元素，如地面的监测设备、太空的监测卫星和在轨运行的对接航天器等。

载人和货运飞船发射前，与其对接的国际空间站一般都要进行降轨，如果国际空间站降轨不到位，没有飞到预定的位置，就会影响对接，因而发射也会受到影响。

同理，在试验卫星发射时，也会进行大量的数据测试，如果用于监测的设备仪器出现问题，势必会影响发射。

因为 技术原因 导致发射推迟的事件并不少见。比如由于美国空军用于发射跟踪的雷达故障以及猎鹰-9火箭第一级上安装的视频传输装置的机械故障，发射被紧急终止。

同样因技术原因，俄罗斯国家航天公司原定于当地时间2016年4月27日在东方航天发射场进行的首次火箭发射任务被迫在最后时刻推迟了。媒体纷纷称，俄罗斯总统普京苦等火箭发射整整一天，却被“放鸽子”。

再来说一说由于 卫星载荷 问题所导致的延迟发射。

美国德尔塔火箭于2016年6月11日发射了NROL-37卫星，而该任务的原定发射时间是5月12日。由于在发射前夕发现卫星载荷的问题，不得不推迟发射。

无独有偶，SpaceX公司发射Orb-comm-2卫星时同样由于载荷问题推迟了4天发射。

事实上，火箭发射是得看“老天爷脸色”的。这其中包括大气层内的气象状况和空间天气情况。因为大风、雷雨等天气可能会对运载火箭造成致命的影响，所以火箭发射时间要尽量选择在晴朗天气条件下进行。

而在大气层外，太阳黑子活动、高能辐射以及电磁暴等恶劣的空间天气也有可能让火箭发射任务失败。所以，火箭发射前需要进行大量的天气监测和预报工作，发射时间的选择也需要避开这些天气状况。

同样以NROL-37卫星任务为例，当火箭6月10日已经“箭在弦上”准备发射卫星时，由于糟糕的天气情况，发射不得不推迟到6月11日。

落区情况是指运载火箭起飞后的紧急着陆区，助推器、一子级等部件的落点。在火箭发射前，工作人员要进行落区居民的疏散工作，尤其是一些在内陆地区的发射场，火箭的落区会尽量选择在一些人烟稀少的地区，但在发射前也需要将这些地区进行疏散，以免造成人员伤亡。而对于沿海地区的发射场来说，落区的选择较为宽裕，一旦被选定为落区的海域，则需要控制船只进入。

影响火箭发射的因素涉及方方面面，任何一个环节“掉链子”都不允许，而一旦火箭发射推迟，产生的影响也是多方面的。

发射窗口的选择是一项极为复杂的工作，要综合考虑有效载荷本身的要求及外部诸多限制条件。

由于太阳、地球和其他星体的相对位置在不断变化，即使发射同一类型、同一轨道的航天器，其发射窗口也是不固定的。

此外，发射窗口也长短不一，长的以小时计，甚至以天计算，短的只有几十秒钟，甚至为零。如果航天运载器因天气或临时故障等原因不能在规定的发射窗口起飞，就只能延迟，等待下一个发射窗口。

当前世界的主流运载火箭多采用低温推进剂，这样的火箭比较难“伺候”。它们大多在发射前一两天进行加注，一旦发射推迟，发射任务不仅会因为低温推进剂的加注、泄出、再循环操作中的推进剂损耗，以及相关操作而增加任务成本，更要承受延迟发射所带来的技术风险。

一般情况下，各国火箭进场后的准备发射周期普遍在1个月左右。这期间，科研人员要对火箭、载荷以及配套设施进行大量的测试工作，一旦出现问题就要立马解决。

同时，相关人员还需要加强发射场、火箭飞行轨迹区域的天气监测和提前预报，以及发射场区和落区的安保和疏散，以确保火箭能够准时发射。

火箭发射的推迟并不是一件可怕的事情，从某种程度上来说，反而是航天工作者对于发射前检查更为细致严谨的一种表现。另外，随着运载火箭自检能力的不断提高，在火箭发射前依靠先进的故障检测系统，及时排除火箭检测到的故障，反而更能提高发射的成功率。

如需转载，请留言获得授权哦~