问题

火箭发射可以自东向西吗?

回答
火箭发射,我们通常会想到从海南文昌或者酒泉等发射场,它们大多是朝向东方发射的。那么,火箭能不能自东向西发射呢?这背后其实牵扯到许多物理原理和实际操作的考量,答案是:理论上可以,但实际操作上极为罕见且效率低下,绝大多数情况下都不这么做。

要理解这一点,我们需要先弄明白火箭发射的几个关键要素:

1. 地球自转的“顺风”效应:

这是最核心的因素。地球在不断自西向东旋转,速度在赤道处最大,大约是每秒465米(约1674公里/小时)。火箭发射时,如果选择一个大致向东的方向(特别是靠近赤道的发射场),那么火箭在起飞的瞬间,就已经“借”到了地球自转的速度。就好比你在一辆行驶的火车上向前跳,你落地的位置会比静止地面上跳时更靠前,火车提供的速度是你的额外助力。

好处:
节省燃料,提高效率: 借助地球自转的速度,火箭可以更快地达到预期的轨道速度,这能显著减少火箭自身需要燃烧的燃料。同样的有效载荷,如果逆着地球自转方向发射,就需要更多的燃料来克服这个“逆风”,甚至可能根本无法达到预定的轨道。
降低发射成本: 燃料是火箭发射成本的大头。节省燃料就意味着降低了发射成本,这对于商业航天和国家航天项目来说至关重要。

如果向西发射呢?
“逆风”而行: 如果火箭选择自东向西发射,它就相当于在逆着地球自转的方向行驶。它会“消耗”一部分地球自转带来的惯性,反而需要火箭发动机产生更大的推力来抵消这种“阻力”,以达到预期的速度。这就像你在一辆向前行驶的火车上向后跑,你需要更用力才能保持相对位置不变。
能量损失: 这种“逆风”需要额外的能量来克服,这意味着需要携带更多的燃料,或者同样多的燃料只能把更小的载荷送入太空,效率大大降低。

2. 轨道力学与卫星设计:

大多数地球轨道(尤其是近地轨道、地球同步轨道)都是“顺行轨道”,即卫星的运行方向与地球自转方向一致。

更容易进入顺行轨道: 向东发射,火箭的轨迹与地球自转方向和目标轨道方向大体一致,更容易实现精密的轨道控制和变轨。
逆行轨道: 确实存在“逆行轨道”,即卫星运行方向与地球自转方向相反。这种轨道通常是科学探测卫星或侦察卫星出于特定目的(例如跨越极地、观测特定区域)才设计的。
向西发射与逆行轨道: 如果要进入逆行轨道,理论上向西发射会比向东发射更“顺理成章”一些,因为方向上更匹配。但是,即使是进入逆行轨道,也并非强制要求从东向西发射。仍然可以向东发射,然后通过更复杂的变轨操作来达到逆行轨道。

3. 发射场的地理位置和安全区域:

地理位置: 为什么中国主要在海南文昌(靠近赤道)和酒泉(内陆)发射?
文昌: 靠近赤道,地球自转速度快,有利于向东发射,并能最大限度地“利用”地球自转的能量,尤其适合发射重型火箭和进入低倾角轨道。
酒泉: 位于内陆,向东发射时,火箭会飞越内陆地区。需要规划好发射窗口,避免落区(火箭残骸掉落的区域)影响人口稠密地区。
安全区域: 火箭发射需要广阔的“落区”来安全处理第一级和第二级火箭分离后的残骸。
向东发射: 大多数发射场都设计有面向海洋的发射方向,这样火箭残骸可以落入海洋,对陆地和人口安全威胁最小。例如,从文昌发射,主要向东或东南方向(面向太平洋)发射。
向西发射: 如果从中国内陆发射场(如酒泉)向西发射,火箭会飞越整个中国大陆,甚至可能越过一些邻国,这在安全性和政治上都会带来极大的挑战,找到合适的、安全的落区几乎是不可能的。即使是海岸发射场,向西发射也意味着飞越大陆。

4. 气候和天气:

虽然不是决定性因素,但发射方向也会考虑天气情况。某些方向可能在特定季节更容易遭遇恶劣天气。

总结一下:

理论上,火箭可以朝任何方向发射。 即使是自东向西,只要有足够的燃料和先进的控制系统,理论上也能把火箭送入轨道。
实际操作上,自东向西发射极为罕见,且极其低效。 主要是因为:
浪费燃料,成本高昂。 无法利用地球自转的“顺风”。
难以进入主流的顺行轨道。
安全问题和地理限制。 从大多数具有完善落区的发射场来看,向西发射意味着火箭会飞越陆地,存在巨大的安全隐患。

因此,我们看到的大多数火箭发射,都是朝着东方,尤其是从靠近赤道的发射场,这是为了最大化利用地球自转带来的惯性,提高效率,降低成本,并确保发射的安全。向西发射,更像是理论上的一个选项,而在现实的航天工程中,除非有极其特殊的、非如此不可的原因,否则不会选择这条路。

网友意见

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谢邀

一句话答案:当然可以啊。

举个极端的例子:火箭和洲际导弹的最大区别就是有效载荷不同,火箭带的是航天器,洲际导弹带的是战斗部。显然洲际导弹发射没有中国打不到欧洲(向西),而只能打到太平洋(向东)一说。对于火箭亦是如此,基本上往哪个方向发射都是可以的。

当发射卫星的时候也是如此。但一般情况下主流的卫星轨道都是自西向东发射,主要因为可以节省不少能量,且越靠近赤道能获得的地球自转速度就越快,比如在赤道附近就自带约465m/s的速度,而如果在北京发射(纬度约40度)就只有约356m/s。不要小看这100多米的速度差距,带来的火箭燃料差距可能就有15%甚至更多了。

但为啥有的卫星还是要自东向西飞呢?

需要说明清楚,卫星轨道是处在惯性坐标系内的,不随着地球转动而转动,而地球又在围着太阳公转,时间一长,自西向东卫星的轨道与太阳黄道面的夹角就在不断变化,比如国际空间站的变化是这样的

一般的卫星或航天任务没有对这个夹角有固定的要求,所以就自西向东发射以节省燃料、提高有效载荷放在第一位了。

但是对一种特别卫星轨道,也就是太阳同步轨道而言,保持这个角度的恒定就很有意义了。前面两位答主都说了,这种轨道最大的优势在于每次通过固定地点的当地时间是一致的,比如过巴黎时是巴黎的8点,过北京时是北京的8点,过纽约时是纽约的8点,这样地面的光照情况和很多气象条件,都是一样的,对于光学应用的卫星是极有意义的。比如各种遥感卫星、我国的对地观测高分辨率卫星、资源卫星、咱们高大上的悟空卫星都处在这种轨道里。

一般各种带光学仪器的间谍卫星也飞在这个轨道上,意义就不用废话了。

太阳同步轨道的最大优势在于利用了轨道有一定倾角后带来的进动性,就是轨道平面发生缓慢的变化,如果这种变化速率和地球围绕太阳公转的速度相同(365天360度),那就一直能维持着轨道平面与太阳的相同关系,这就是同步的含义。公式不再解释了,由于轨道的不同,绝大部分轨道倾角在都在98.6度附近,也就是卫星在不断自东向西飞行。

如果选择轨道一直卡着地球晨昏线(白天和黑夜分界线),这也是一种特殊的轨道,这就使得太阳能电池板永远处在太阳的照射情况下,这对很多连续工作的卫星、对太阳观测卫星都是很有意义的。

这就是个近似的晨昏轨道的星下点轨迹(二维平面投影)。

使用太阳同步轨道的卫星列表和太阳同步轨道具体解释:
Sun-synchronous Satellites
Sun-synchronous orbit

一个很典型的经常发太阳同步轨道卫星的发射站是美国的范德堡空军基地,位于美国西海岸,按照保护原则不允许往内陆地区发射,只能往西南部发射,几乎是太阳同步轨道专用。



但这种轨道也有个比较大的问题,由于轨道倾角和一般这种都是低轨高度(<2000 Km)的问题,不可能实现全球覆盖,这就导致两极有部分地区无法被观测到。

不过一般的卫星对两极观测没有那么严格的数据要求,过不了就无所谓了。


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