为什么美国NASA专门为猎鹰9号发射立下

不要发射，不要发射，不要发射马斯克那艘万众期待的“龙-2”载人飞船原本在5月27日发射升空，连特朗普都带着一家老小搭总统专机前去“捧场”，演讲稿都写好了，结果因为天公不作美，推迟到30号发射。气象台说30号的天气依然不好，可以发射的几率是五五开，特朗普坚持飞到现场观摩，好在最后发射成功，如愿以偿。“龙”载人飞船成功发射“不要发射，不要发射，不要发射......”如果你仔细读一读美国宇航局NASA为太空探索技术公司SpaceX的猎鹰9号火箭发射立下的“12条军规”，就会赫然发现，似乎除了晴空朗朗，否则那枚牛X得一塌糊涂的猎鹰9号就不能升空。这究竟是为什么呢？本文就来讨论讨论这个问题。先来看看这“12条军规”它的真实标题是“Falcon9LaunchWeatherCriteria（猎鹰9号发射天气标准）”，由此可见，这是NASA专门为猎鹰9号火箭量身定制的，别家的火箭不执行这个标准。NASA的“十二条军规”限于文字，我仅拎出其中的几条翻译给你看：如果在发射台英尺（50米）高度的持续风力超过30节（55.5公里/小时），不要发射。除非符合指定条件，否则在距发射台或飞行路线10海里（约18.5公里）范围内观察到闪电后30分钟内不要发射。不要在离雷暴砧云10海里内发射。不要在积雨云的10海里范围内发射，除非能够满足特定高度相关的距离标准。除非符合时间相关的标准，否则不要通过积云发射。总结起来，就是风大一点不能发射，有雷电不能射，附近有积雨云和积云都不能发射。27日，肯尼迪宇航中心上空乌云密布为啥NASA给猎鹰9号立这么多规矩？这要从猎鹰9号火箭的设计理念说起。许多人都说马斯克是一个“神人”，他原本就不是搞航天的，但SpaceX这么一家私营公司能在短短十几年时间里搞出一枚“重型火箭”，完全秒杀其他航天大国，简直就是“美利坚的奇迹”，也难怪粉丝们佩服得五体投地。然而马斯克并不是神，他不过是成功利用了NASA将航天发射商业化这样一个机遇；利用NASA源源不断的发射合同和巨额补贴；利用美国航天领域几十年积累的科学成果、人才储备；利用已有的技术、标准、设备和“货架产品”；再用商业的方法将这些货架产品攒成火箭和飞船。SpaceX的车间那么马斯克的优势在哪里呢？他的SpaceX公司擅长商业化管理，抛弃繁文缛节，打破NASA几十年来的条条框框，以最大限度地节约成本；与此同时，SpaceX还将火箭制造的安全标准大幅度拉低，在制造上尽量选择低成本的部件和材料；在设计细节和产品包装上大胆突破，以打造外观科幻的火箭、飞船和宇航服。这样，当一家新兴科技公司与老牌航天制造企业波音、洛马竞争时，马斯克手里便有了一张王牌——便宜。猎鹰9号细长的火箭为了让猎鹰9号中型火箭更便宜，马斯克用了价格低廉的梅林发动机；又为了弥补发动机推力的不足，SpaceX给火箭做了全面减重，将燃料箱和起支撑作用的外壳做得更薄、减少甚至取消加强筋。并且，猎鹰火箭大规模采用航空铝锂合金Airware-T8，还采用大胆的半气球贮箱设计、氧化剂燃料槽共底设计等等。左为猎鹰9号光滑壳体，右为传统火箭外壳为了进一步减轻火箭重量，同时降低上升时的空气阻力，猎鹰9号比任何一枚运载火箭更加修长。它的箭体直径为3.66米，全箭高度却有70米，长径比达到惊人的19.13，远超出了长径比15的上限。如此细长的运载火箭世间少有。猎鹰9号火箭的主要部分采用的是与空客A飞机蒙皮一样的铝锂合金Airware-T8，它足够轻薄、便宜，缺点是机械性能和抗疲劳强度较弱，因此造成箭体的纵向刚度大幅度下降；火箭又被设计成细长的形状，带来的风险就是飞行过程中发生震颤的可能性大幅增加，搞不好会发生空中解体。当射箭运动员弯弓搭箭瞄准目标、再松开手指将箭发射出去时会发生什么？仔细观察射出的箭由于推动箭矢的力来自箭后边的弓弦，因此细长的箭杆在空中并不是笔直地飞行，而是会发生震颤、一直扭动着朝前飞。箭矢在飞行中会绕节点发生震颤猎鹰9号火箭底部安装了9台发动机，通过设计的优化，SpaceX可以将火箭的震颤降低。从现有的猎鹰火箭发射成功率看，马斯克的豪赌取得了成功。但是，如果在火箭高速飞行的过程中遭遇侧向的外部推力或风切变，哪怕箭体振动频率发生小小的改变，导致的结果就是灾难性的。天气对航天发射的影响天气因素向来都深刻影响着航天发射，许多国家在发射航天器之前，一方面会精确计算时间窗口，以便使卫星或飞船能更精确地入轨、对接。同时，发射场也会密切注意周边区域的气象状况，并根据天气对发射做相应调整。即便如此，还是会有一些火箭在发射的过程中遭遇大风甚至雷击。年3月26日，美国阿特拉斯-半人马座AC-67火箭在大雨中发射海军FLTSATCOM卫星，火箭点火升空第38秒时被雷电击中，整流罩被击穿，助推器失效，最后不得不在空中引爆。同样是遭雷劈，俄罗斯的联盟2.1B运载火箭就要皮实许多。年5月27日，联盟火箭携带俄罗斯格洛纳斯-M导航卫星发射升空后不久就遭闪电击中，地面遥测设备记录下整个过程，但火箭依然将卫星安全送入轨道。俄罗斯联盟火箭发射中被闪电击中创造了载人航天“奇迹”的依然是美国人，年11月14日，土星5号火箭载着阿波罗12号飞船开启第二次月球航程。火箭发射时天气不好，天空下着雨，火箭在点火升空36.5秒时被闪电击中，电流造成燃料电池组件过载失效；第52秒再次遭到雷击，火箭姿态显示器失效；倒霉的事不止于此，当火箭上升到对流层上方时又遭遇强风袭击，速度高达.9公里/小时的强气流吹袭了土星5号。即便如此，火箭还是准确进入了预定轨道并成功将宇航员送上月球。为什么积雨云如此危险？当积云演变为积雨云时，暖湿气流剧烈上升，与此同时，云层上部的冷气团下降，两股或多股气流在云层中碰撞摩擦，形成强烈的湍流。湍流中包含着大量过冷水、冰晶甚至冰雹。当火箭进入到积雨云层之中。它首先会被速度高达米/秒的强气流推离轨道，同时云层内部的湍流和风切变会改变火箭的姿态并使之失控；即便是火箭通过强大的推力继续上升，那些在低层云团中的过冷水会附着在火箭表面并凝结起来，过冷水在上升的过程中结成越来越厚的冰壳，这使得火箭变得过重而无法入轨。积雨云中激烈摩擦的气流使小冰晶产生大量静电电荷，这是闪电产生的原因。而火箭在上升过程中与空气摩擦也会在表面携带电荷，发动机喷出长长的高温尾气流为电荷的释放提供了通道。因此当火箭进入云层或处于积雨云附近时，云层中大量电荷就有可能通过火箭建立的电流通道向下释放，从而导致火箭本身遭受雷击。积雨云中大量电荷会引发闪电猎鹰火箭在发射的过程中一方面需要考虑正常情况下如何将载人“龙”飞船准确送入轨道，进而与国际空间站对接；同时还要考虑一级火箭的回收，以及万一发射失败，飞船返回舱在降落区域内的安全溅落。气象观测人员不仅要检测肯尼迪航天中心附近的天气状况，还需要确保火箭在整个上升段过程中，其沿途的气象条件也适合降落。绿色轨迹为龙飞船的逃逸通道综上所述马斯克的猎鹰9号运载火箭是一款为商业发射而定制的运载器，为了尽可能地节省成本，SpaceX已经从火箭设计和建造过程中对所有指标都吃尽榨干，猎鹰9号再无半点余量能保证它能在云层中折腾。加之龙飞船的逃逸系统设计以及一级火箭的回收要求，猎鹰9号火箭发射需要满足更为严格的天气标准自然就在情理之中了。航天事业充满风险与挑战，尽管马斯克的每一次发射都在赌运气，但NASA的“12条军规”没有一条是多余的。载人“龙”飞船与空间站对接SpaceX的龙飞船发射对接都取得了成功，让我们期待它也能安全返回吧。

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