1999年11月20日06時30分07秒，神舟一號騰空而起，揭開了我國載人航天的華麗篇章。
2003年10月15日09時00分00秒楊利偉駕乘神舟五號成功進入太空，我國成為了世界第三個自主探尋宇宙的人類國家。載人航天工程在過去的20年間一共發射了從神舟一號到神舟十一號共11艘神舟系列飛船，還發射了天宮一號、天宮二號共兩艘空間站，以及天舟一號貨運飛船1艘，11名英雄航天員征服了太空。具體的發射、返回的時間表為：神舟一號：無人 發射 1999年11月20日6時30分07秒 返回 1999年11月21日3時41分
神舟二號：無人 發射 2001年1月10日1時00分03秒 返回 2001年1月16日19時22分
神舟三號：無人 發射 2002年3月25日22時15分00秒 返回 2002年4月1日16時54分
神舟四號：無人 發射 2002年12月30日0時40分00秒 返回 2003年1月5日19時16分
神舟五號：楊利偉 發射 2003年10月15日9時00秒 返回 2003年10月16日6時28分
神舟六號：費俊龍 聶海勝 發射 2005年10月12日9時00秒 返回 2005年10月17日凌晨4時32分
神舟七號：翟志剛 景海鵬 劉伯明 發射 2008年9月25日21時10分04秒 返回 2008年9月28日17時40分
神舟八號：無人 發射 2011年11月1日5時58分10秒 返回 2011年11月17日19時36分
神舟九號：景海鵬 劉旺 劉洋 發射2012年6月16日18時37分21秒 返回2012年6月29日10時00分
神舟十號（載人）：聶海勝 王亞平 張曉光 發射2013年06月11日17時38分2秒，返回2013年6月26日8時7分
神舟十一號（載人）景海鵬 陳冬 發射 2016年10月17日07時36分31秒 返回 2016年11月18日13時59分
天宮一號（組合體）發射 2011年9月29日21時16分03秒 再入大氣層 2018年4月2日8時15分
天宮二號（組合體）發射2016年9月15日22時04分12秒 再入大氣層 2019年7月19日21時06分
天舟一號（無人貨船）發射 2017年4月20日19時41分35秒 再入大氣層2017年9月22日18時00分
仔細觀察上表中各個航天器的發射、返回時間，細心的知友們可能發現，為何載人飛船的運載火箭或者凌晨、或者夜裡發射，為什麼不是中午發？而前一階段的北斗系列或者嫦娥系列等其它火箭，特別是國際上Spacex公司的各式火箭有時凌晨發，有時下午發？有什麼講究麼？答案是有的，這裡有個“發射窗口”的事。“發射窗口”一個航天專業術語，簡單的四個字，背後蘊藏複雜的設計計算仿真。下面，咱們一起看看“發射窗口”這個航天專業知識點。
月球探測器發射窗口計算示意圖
一、什麼是“發射窗口”
“發射窗口”是指允許火箭和航天器發射的時間範圍，這個範圍的大小也叫做“發射窗口”的寬度。窗口有寬有窄，寬的以小時計，甚至以天計，窄的只有幾十秒鐘，甚至為零。對於航天器而言，發射窗口的選擇至關重要。如果未能在此“窗口”發射，則必須等待下一次的發射窗口。
2018年12月8日2時23分00秒，嫦娥四號探測器在西昌衛星發射中心成功發射
例如，舉世矚目的“嫦娥四號”探測器發射任務，它的發射窗口在2018年只有2個發射日4個窄窗口，窗口最長4分鐘、最短1分鐘，每天兩個窗口間隔不到50分鐘。一旦錯過，就只能等到明年，將對整個工程任務產生重大影響。為此，西昌衛星發射中心堅持“確保第一窗口，力爭第二窗口，不放棄第二天窗口”的原則，發射場各個系統精益求精，追求極致，再次實現“零窗口”發射，為探測器創造了最好的奔月條件和最佳的落月軌道，成功實現人類航天器首次在月球背面巡視探測，率先在月背刻上了中國足跡。
嫦娥四號探測器月球背面軟著陸後降落相機拍攝的圖像
二、“發射窗口”的要求
火箭發射窗口的確定，一般要考慮任務的實際需要，例如載人飛船要考慮返回時間，在軌衛星等有效載荷要考慮入軌利於太陽能帆板展開對日角度，還有測控系統、氣象條件、地球自轉和公轉的影響等多種因素。簡單來講有6個方面影響因素要考慮：
1.地面觀察的需要。早期衛星發射多采用光學望遠鏡進行跟蹤觀測，因此需要有很好的觀測條件。另外，人造衛星繞地球軌道運行，由於觀測站不可能遍佈全球，各發射國只能利用自己的少量觀測站對衛星實施測控，這就要求衛星在經過觀測站附近時便於觀測。
西安衛星測控中心佳木斯深空站深空探測天線
2.地面目標光照條件的要求。發射照相偵察衛星、地球資源衛星和中軌道氣象衛星時，為了便於衛星上可見光遙感器能很好地遙感地面的圖像，衛星運行軌道下方的地面目標必須有很好的光照條件，因此，這類航天器的發射窗口都選在白天。
資源衛星工作示意圖
3.航天器上太陽能電池光照條件的要求。目前的衛星及載人飛船等航天器大多采用太陽能電池供電。當航天器進入軌道時，需要太陽電池板受到最佳陽光照射，以便立即發電供航天器使用。
衛星太陽能翻板示意圖
4.航天器上姿態測量設備的要求。航天器進入軌道後，需要利用（如紅外地平儀，太陽敏感器等）測量航天器的飛行姿態，以便調姿、並進入穩定的飛行姿態。航天器上的姿態測量設備工作時，需要航天器、地球和太陽處在一個較好的相對位置，這時測量航天器的飛行姿態精度較高。所以，這也是選擇發射窗口要考慮的一個因素。
航天器上的跟蹤測量設備
5.航天器返回地面時的要求。返回式衛星、航天飛機、載人飛船返回地面時，需要及時搜索到衛星和航天員，將他們安全地送回目的地，這對發射窗口的選擇是一個極為重要的因素。一般都希望在白天返回，同時要求氣象條件較好，沒有大風等惡劣天氣，以便於降落傘打開，因此在選擇發射窗口時需要考慮返回時的情況。
神舟十一號返回圖
6.空間交會的需要。一些特定用途的衛星和深空探測器專門用於對天體的觀測，如空間交會的航天器、彗星探測衛星、太陽觀測衛星、火星探測器、木星探測器等需要以最短時間、最高精度與其他航天器或被觀測天體會合，這也需要選擇合適的發射窗口。另外，靜止衛星準確定點，儘可能少地消耗推進劑也需要選擇發射窗口。由於太陽、地球和其他星體的相對位置在不斷變化，即使發射同一類型、同一軌道的航天器，其發射窗口也是不固定的。
天舟一號與天宮二號交會對接示意圖
選擇發射窗口，是一個複雜系統的綜合決策問題。某一次發射總有一些較主要的制約條件，它們在發射窗口的確定中起決定性作用。發射窗口是由保證運載火箭發射成功所需技術要求決定的。從理論上講，為確保發射順利進行，應使參與發射的各項設備均處於最佳技術狀態。
航天發射“萬人一杆槍”
但由於參與發射的設備很多，實際上是很難做到這一點的，因此，通常都先由發射控制系統、地面測控系統、通信與時間統一系統，以及氣象保證系統等幾個與發射關係最大的系統各自根據自己的情況分頭確定，然後由發射部門進行綜合分析，根據不同發射時段對實現發射目的的影響和程度，排出綜合的最佳發射窗、較好發射窗口和允許發射窗口。最後，由發射的指揮者拍板確定。
三、“發射窗口”有多少種
火箭發射窗口一般有四種：年窗口、月窗口、日窗口、零窗口。
1.年窗口是指一年甚至是幾年才能遇到一次發射時機。一般火箭發射執行行星際探測任務的探測器時，為年窗口。比如，美國泰坦三號E半人馬座火箭發射行星探測器旅行者1號時，發射時間就是年窗口。
泰坦3號E半人馬座火箭發射旅行者1號
2. 月窗口是指每月都有幾天適合發射。一般火箭發射執行行星和月球探測任務的探測器時，為月窗口。比如，我國長征三號乙火箭發射“嫦娥三號”探測器時，發射時間就是月窗口。
嫦娥三號發射畫面
3.日窗口是指每天都有適合發射的時機。一般火箭發射執行近地軌道、地球同步轉移軌道等任務的衛星、飛船等航天器時，為日窗口。比如，我國長征三號乙火箭發射系列“北斗三號”衛星時，發射時間就是日窗口。
11月5日01時43分00秒，我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭，成功發射第49顆北斗導航衛星，標誌著北斗三號系統3顆傾斜地球同步軌道衛星全部發射完畢。
4.零窗口是指要求火箭點火起飛的時間與預計時間偏差不能超過1秒。一般火箭發射執行交會對接和深空探測任務的飛船等航天器時，為零窗口發射。在"零窗口"發射時火箭的發射時間幾乎沒有調整的餘地，通常採用定時控制火箭點火的辦法來實現"零窗口"的發射。比如，我國長征七號火箭送“天舟一號”貨運飛船上太空，與“天宮二號”空間實驗室交會對接，發射時間就是零窗口。零窗口"追求"零失誤、零差錯、零故障、零缺陷、零遺漏"。實現"零窗口"要闖過道道難關。火箭發射是一個複雜的系統工程，數萬臺套設備要進行故障排查、風險分析和操作實驗，上千個崗位要進行協調配合，任何一臺設備發生故障，任何一個崗位出現失誤，"零窗口"都會擦肩而過。長七火箭作為低溫火箭，與長征二號F火箭等常規火箭相比，還面臨低溫推進劑加註問題和複雜的發射前流程，如果其中有一個環節出現問題，發射就得推遲。因此，它要實現“零窗口”發射，難度更大。
2017年4月20日19時41分35秒，中國文昌航天發射場用長征七號運載火箭“零窗口”成功發射我國艘貨運飛船天舟一號
還有一種零窗口，其實是前沿窗口，因為從理論上講，火箭在一個有一定時間寬度發射窗口升空並將衛星等載荷送入預定軌道，都是成功。但是在發射窗口的前沿00秒，和發射窗口的後沿實施發射，對於衛星來講截然不同！前沿窗口發射後的入軌衛星，燃料會大幅度節約，會極大延長衛星的在軌使用壽命，同時，對於擔負其它任務的衛星，也會更加順利完成任務。舉個有趣的例子，"嫦娥一號"的發射時，發射窗口是一個35分鐘間隔的窗口，在這35分鐘內都可以發射。但在零窗口發射與在第35分鐘發射相比，在正常入軌的條件下，衛星燃料將節省120公斤，佔總燃料重量的10%！（嫦娥二號也是如此，將節約180kg）,按國際市場深空探測一公斤載荷5萬-10萬美元的平均價格計算喲，將是非常的省錢喲！實際任務中，真的就節省了，就幾乎是前沿發射的！當時衛星系統總指揮兼總設計師葉培建，與發射場系統總指揮、西昌衛星發射中心主任李主任有個"善良賭約":"你要是能讓火箭在'零窗口'成功發射，我就保證讓'嫦娥一號'實現可控撞月!"嘿嘿，嫦娥一號就是將零窗口省下的燃料實施了壯麗的可控撞月！點贊！
火箭發射前，科研人員一般要同時計算出兩種或三種最適合的發射窗口。比如，發射哈雷彗星探測器時，應選擇在哈雷彗星迴歸的年份內發射，這就需要同時計算年窗口和月窗口；發射照相偵察衛星、地球資源衛星等時，要避開地球陰影和不良氣象條件對衛星的影響，應選擇合適的月窗口和日窗口。
探測器正在接近哈雷彗星示意圖
最後需要說明的是為確保“窗口”進行發射，發射中心作為保障部門，每次都是責任重大、壓力巨大，不僅要按照質量體系要求高標準進行保障工作，人員設備上有保障，還要氣象系統對發射窗口的雷電、降水、溫度、風力風向和雲量等氣象要素進行精準、細緻的預報，還要對各種系統的實驗文書、指揮系統軟件、衛星和火箭軟件等各個環節的保障一絲不苟。窗口的保證，是一個任務的實施的最開始最重要的環節之一，是每次任務首要的討論、確定、保障的關鍵環節！
辛苦啦，航天人，辛苦啦，發射中心的航天人！
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