长征八号成功首飞的背后密事——攻克空中“关卡”高空风
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12月22日，长征八号运载火箭在海南文昌发射场成功首飞。中国网 杨佳 摄影
中国网海南文昌讯 （记者 杨佳 通讯员 高崇芮）2020年12月22日，长征八号运载火箭在海南文昌发射场首飞成功，为新一代运载火箭“十三五”期间的发射任务画上了圆满的句号。
在很多人看来，中国航天的每一次发射，都是十拿九稳的。其实，火箭发射是一项高风险的复杂系统工程，极容易受到各种因素的影响，就连雷电、温度、风等天气因素，都会影响火箭发射。在诸多天气因素中，又要属高空风对发射的影响最为突出。
高空风一般距离地面4到20公里。航天科技集团有限公司一院长征八号火箭控制系统主任设计师潘豪介绍：“火箭在飞行过程中会穿越大风区，遭受强烈气流冲击。”他解释，人在骑自行车时，如果侧面突然吹来一阵大风，会被吹偏。在太空中，这种横向的侧风比我们在陆地上感知的风要强得多，会影响到火箭的飞行姿态。如果风速过大，还可能导致箭体弯曲变形，损坏火箭结构甚至导致解体。对于火箭来说，高空风就像设在空中的一道“关卡”，必须闯过这关，才能获得成功。
为了让火箭能够顺利“闯关”，发射前观测、预报高空风，必要时调整发射时间，避开恶劣风况，成了火箭发射前必不可少的环节。去年spaceX猎鹰重型火箭首次商业发射就曾因为高空大风而推迟。其实，这次长征八号火箭发射，也差点与高空风插肩而过。
“我们一开始瞄准的发射时间比实际发射时间早，但就在发射前一天，我们预测到发射场上空高空风异常，不适合发射，因此根据气象商会的结果，将发射时间推迟了两天。”航天科技集团有限公司一院长征八号火箭副总设计师吴义田透露。
21日中午，文昌发射场附近的淇水湾海域风大浪急。据中央气象台消息，20日白天到22日夜间，受热带低压和冷空气共同影响，海南文昌、琼海到乐东一带海面有东北风6-7级，阵风8级，22日白天起减弱为5-6级，阵风7级。中国网 杨佳 摄影
近年来火箭院一直在开展相关研究，采取了一系列的措施降低高空风对火箭发射的影响，包括统计近10年发射场上空的风速、风向等情况，在火箭设计阶段就根据最大概率会出现的风向和风速，开展针对性设计等。并且每次发射前都需要对发射日高空风进行测量和预报，通过设计火箭飞行程序角进行高空风补偿。
吴义田介绍：“人在风中打伞，为了拿稳伞，习惯将伞的方向对准风的来向，以消除横向载荷。高空风补偿的方法和人打伞一致，在可能的情况下，火箭纵轴指向火箭相对地球大气运动速度方向，使火箭纵轴与火箭相对地球大气运动速度方向之间的夹角为零。”不过，这种方法只能在火箭起飞达到一定速度后使用，并且不能突然加入。
在长八火箭研制中，还采用了一些新方法，比如自主抗干扰控制的方法。潘豪说：“它让火箭在飞行过程中，能够一边辨识一边补偿干扰。也就是说火箭在感受到风吹过来后，可以产生相应的动作来减弱风的干扰。”不过本次发射情况特殊，高空风速过大，为了更加稳妥完成发射任务，最终选择将调整发射时间。
吴义田还表示：“在火箭设计阶段，如果将风场考虑得过严，就会导致设计偏保守，火箭结构过重，反之又会导致设计偏冒进，火箭结构轻，导致发射日风载荷高而无法实施发射的情况。如何更好地平衡两者之间的关系、更好地解决高空风对发射的影响，还需要我们未来进一步探索。”