1999年11月20日06时30分07秒，神舟一号腾空而起，揭开了我国载人航天的华丽篇章。
2003年10月15日09时00分00秒杨利伟驾乘神舟五号成功进入太空，我国成为了世界第三个自主探寻宇宙的人类国家。载人航天工程在过去的20年间一共发射了从神舟一号到神舟十一号共11艘神舟系列飞船，还发射了天宫一号、天宫二号共两艘空间站，以及天舟一号货运飞船1艘，11名英雄航天员征服了太空。具体的发射、返回的时间表为：神舟一号：无人 发射 1999年11月20日6时30分07秒 返回 1999年11月21日3时41分
神舟二号：无人 发射 2001年1月10日1时00分03秒 返回 2001年1月16日19时22分
神舟三号：无人 发射 2002年3月25日22时15分00秒 返回 2002年4月1日16时54分
神舟四号：无人 发射 2002年12月30日0时40分00秒 返回 2003年1月5日19时16分
神舟五号：杨利伟 发射 2003年10月15日9时00秒 返回 2003年10月16日6时28分
神舟六号：费俊龙 聂海胜 发射 2005年10月12日9时00秒 返回 2005年10月17日凌晨4时32分
神舟七号：翟志刚 景海鹏 刘伯明 发射 2008年9月25日21时10分04秒 返回 2008年9月28日17时40分
神舟八号：无人 发射 2011年11月1日5时58分10秒 返回 2011年11月17日19时36分
神舟九号：景海鹏 刘旺 刘洋 发射2012年6月16日18时37分21秒 返回2012年6月29日10时00分
神舟十号（载人）：聂海胜 王亚平 张晓光 发射2013年06月11日17时38分2秒，返回2013年6月26日8时7分
神舟十一号（载人）景海鹏 陈冬 发射 2016年10月17日07时36分31秒 返回 2016年11月18日13时59分
天宫一号（组合体）发射 2011年9月29日21时16分03秒 再入大气层 2018年4月2日8时15分
天宫二号（组合体）发射2016年9月15日22时04分12秒 再入大气层 2019年7月19日21时06分
天舟一号（无人货船）发射 2017年4月20日19时41分35秒 再入大气层2017年9月22日18时00分
仔细观察上表中各个航天器的发射、返回时间，细心的知友们可能发现，为何载人飞船的运载火箭或者凌晨、或者夜里发射，为什么不是中午发？而前一阶段的北斗系列或者嫦娥系列等其它火箭，特别是国际上Spacex公司的各式火箭有时凌晨发，有时下午发？有什么讲究么？答案是有的，这里有个“发射窗口”的事。“发射窗口”一个航天专业术语，简单的四个字，背后蕴藏复杂的设计计算仿真。下面，咱们一起看看“发射窗口”这个航天专业知识点。
月球探测器发射窗口计算示意图
一、什么是“发射窗口”
“发射窗口”是指允许火箭和航天器发射的时间范围，这个范围的大小也叫做“发射窗口”的宽度。窗口有宽有窄，宽的以小时计，甚至以天计，窄的只有几十秒钟，甚至为零。对于航天器而言，发射窗口的选择至关重要。如果未能在此“窗口”发射，则必须等待下一次的发射窗口。
2018年12月8日2时23分00秒，嫦娥四号探测器在西昌卫星发射中心成功发射
例如，举世瞩目的“嫦娥四号”探测器发射任务，它的发射窗口在2018年只有2个发射日4个窄窗口，窗口最长4分钟、最短1分钟，每天两个窗口间隔不到50分钟。一旦错过，就只能等到明年，将对整个工程任务产生重大影响。为此，西昌卫星发射中心坚持“确保第一窗口，力争第二窗口，不放弃第二天窗口”的原则，发射场各个系统精益求精，追求极致，再次实现“零窗口”发射，为探测器创造了最好的奔月条件和最佳的落月轨道，成功实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹。
嫦娥四号探测器月球背面软着陆后降落相机拍摄的图像
二、“发射窗口”的要求
火箭发射窗口的确定，一般要考虑任务的实际需要，例如载人飞船要考虑返回时间，在轨卫星等有效载荷要考虑入轨利于太阳能帆板展开对日角度，还有测控系统、气象条件、地球自转和公转的影响等多种因素。简单来讲有6个方面影响因素要考虑：
1.地面观察的需要。早期卫星发射多采用光学望远镜进行跟踪观测，因此需要有很好的观测条件。另外，人造卫星绕地球轨道运行，由于观测站不可能遍布全球，各发射国只能利用自己的少量观测站对卫星实施测控，这就要求卫星在经过观测站附近时便于观测。
西安卫星测控中心佳木斯深空站深空探测天线
2.地面目标光照条件的要求。发射照相侦察卫星、地球资源卫星和中轨道气象卫星时，为了便于卫星上可见光遥感器能很好地遥感地面的图像，卫星运行轨道下方的地面目标必须有很好的光照条件，因此，这类航天器的发射窗口都选在白天。
资源卫星工作示意图
3.航天器上太阳能电池光照条件的要求。目前的卫星及载人飞船等航天器大多采用太阳能电池供电。当航天器进入轨道时，需要太阳电池板受到最佳阳光照射，以便立即发电供航天器使用。
卫星太阳能翻板示意图
4.航天器上姿态测量设备的要求。航天器进入轨道后，需要利用（如红外地平仪，太阳敏感器等）测量航天器的飞行姿态，以便调姿、并进入稳定的飞行姿态。航天器上的姿态测量设备工作时，需要航天器、地球和太阳处在一个较好的相对位置，这时测量航天器的飞行姿态精度较高。所以，这也是选择发射窗口要考虑的一个因素。
航天器上的跟踪测量设备
5.航天器返回地面时的要求。返回式卫星、航天飞机、载人飞船返回地面时，需要及时搜索到卫星和航天员，将他们安全地送回目的地，这对发射窗口的选择是一个极为重要的因素。一般都希望在白天返回，同时要求气象条件较好，没有大风等恶劣天气，以便于降落伞打开，因此在选择发射窗口时需要考虑返回时的情况。
神舟十一号返回图
6.空间交会的需要。一些特定用途的卫星和深空探测器专门用于对天体的观测，如空间交会的航天器、彗星探测卫星、太阳观测卫星、火星探测器、木星探测器等需要以最短时间、最高精度与其他航天器或被观测天体会合，这也需要选择合适的发射窗口。另外，静止卫星准确定点，尽可能少地消耗推进剂也需要选择发射窗口。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。
天舟一号与天宫二号交会对接示意图
选择发射窗口，是一个复杂系统的综合决策问题。某一次发射总有一些较主要的制约条件，它们在发射窗口的确定中起决定性作用。发射窗口是由保证运载火箭发射成功所需技术要求决定的。从理论上讲，为确保发射顺利进行，应使参与发射的各项设备均处于最佳技术状态。
航天发射“万人一杆枪”
但由于参与发射的设备很多，实际上是很难做到这一点的，因此，通常都先由发射控制系统、地面测控系统、通信与时间统一系统，以及气象保证系统等几个与发射关系最大的系统各自根据自己的情况分头确定，然后由发射部门进行综合分析，根据不同发射时段对实现发射目的的影响和程度，排出综合的最佳发射窗、较好发射窗口和允许发射窗口。最后，由发射的指挥者拍板确定。
三、“发射窗口”有多少种
火箭发射窗口一般有四种：年窗口、月窗口、日窗口、零窗口。
1.年窗口是指一年甚至是几年才能遇到一次发射时机。一般火箭发射执行行星际探测任务的探测器时，为年窗口。比如，美国泰坦三号E半人马座火箭发射行星探测器旅行者1号时，发射时间就是年窗口。
泰坦3号E半人马座火箭发射旅行者1号
2. 月窗口是指每月都有几天适合发射。一般火箭发射执行行星和月球探测任务的探测器时，为月窗口。比如，我国长征三号乙火箭发射“嫦娥三号”探测器时，发射时间就是月窗口。
嫦娥三号发射画面
3.日窗口是指每天都有适合发射的时机。一般火箭发射执行近地轨道、地球同步转移轨道等任务的卫星、飞船等航天器时，为日窗口。比如，我国长征三号乙火箭发射系列“北斗三号”卫星时，发射时间就是日窗口。
11月5日01时43分00秒，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射第49颗北斗导航卫星，标志着北斗三号系统3颗倾斜地球同步轨道卫星全部发射完毕。
4.零窗口是指要求火箭点火起飞的时间与预计时间偏差不能超过1秒。一般火箭发射执行交会对接和深空探测任务的飞船等航天器时，为零窗口发射。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。比如，我国长征七号火箭送“天舟一号”货运飞船上太空，与“天宫二号”空间实验室交会对接，发射时间就是零窗口。零窗口"追求"零失误、零差错、零故障、零缺陷、零遗漏"。实现"零窗口"要闯过道道难关。火箭发射是一个复杂的系统工程，数万台套设备要进行故障排查、风险分析和操作实验，上千个岗位要进行协调配合，任何一台设备发生故障，任何一个岗位出现失误，"零窗口"都会擦肩而过。长七火箭作为低温火箭，与长征二号F火箭等常规火箭相比，还面临低温推进剂加注问题和复杂的发射前流程，如果其中有一个环节出现问题，发射就得推迟。因此，它要实现“零窗口”发射，难度更大。
2017年4月20日19时41分35秒，中国文昌航天发射场用长征七号运载火箭“零窗口”成功发射我国艘货运飞船天舟一号
还有一种零窗口，其实是前沿窗口，因为从理论上讲，火箭在一个有一定时间宽度发射窗口升空并将卫星等载荷送入预定轨道，都是成功。但是在发射窗口的前沿00秒，和发射窗口的后沿实施发射，对于卫星来讲截然不同！前沿窗口发射后的入轨卫星，燃料会大幅度节约，会极大延长卫星的在轨使用寿命，同时，对于担负其它任务的卫星，也会更加顺利完成任务。举个有趣的例子，"嫦娥一号"的发射时，发射窗口是一个35分钟间隔的窗口，在这35分钟内都可以发射。但在零窗口发射与在第35分钟发射相比，在正常入轨的条件下，卫星燃料将节省120公斤，占总燃料重量的10%！（嫦娥二号也是如此，将节约180kg）,按国际市场深空探测一公斤载荷5万-10万美元的平均价格计算哟，将是非常的省钱哟！实际任务中，真的就节省了，就几乎是前沿发射的！当时卫星系统总指挥兼总设计师叶培建，与发射场系统总指挥、西昌卫星发射中心主任李主任有个"善良赌约":"你要是能让火箭在'零窗口'成功发射，我就保证让'嫦娥一号'实现可控撞月!"嘿嘿，嫦娥一号就是将零窗口省下的燃料实施了壮丽的可控撞月！点赞！
火箭发射前，科研人员一般要同时计算出两种或三种最适合的发射窗口。比如，发射哈雷彗星探测器时，应选择在哈雷彗星回归的年份内发射，这就需要同时计算年窗口和月窗口；发射照相侦察卫星、地球资源卫星等时，要避开地球阴影和不良气象条件对卫星的影响，应选择合适的月窗口和日窗口。
探测器正在接近哈雷彗星示意图
最后需要说明的是为确保“窗口”进行发射，发射中心作为保障部门，每次都是责任重大、压力巨大，不仅要按照质量体系要求高标准进行保障工作，人员设备上有保障，还要气象系统对发射窗口的雷电、降水、温度、风力风向和云量等气象要素进行精准、细致的预报，还要对各种系统的实验文书、指挥系统软件、卫星和火箭软件等各个环节的保障一丝不苟。窗口的保证，是一个任务的实施的最开始最重要的环节之一，是每次任务首要的讨论、确定、保障的关键环节！
辛苦啦，航天人，辛苦啦，发射中心的航天人！
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