火箭發射為什么需要發射窗口？｜博覽日報

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火箭發射為什么需要發射窗口？

在航天發射直播中，我們經常聽到一句話：“本次任務發射窗口為北京時間XX時XX分至XX時XX分。”有時甚至會出現倒計時走到最后幾秒卻突然中止的情況。很多人可能會疑惑：火箭不是動力很強嗎？為什么不能隨時起飛？為什么一定要等所謂的“發射窗口”？

其實，火箭發射并不是往上飛那么簡單，而是要以特定速度、特定方向進入預定軌道。地球每24小時自轉一周，因此發射場在空間中的位置和朝向不斷變化。如果目標是一個固定軌道平面，比如國際空間站所在的軌道，那么只有當地球自轉使發射場與該軌道平面相交時，發射才在幾何上可行。

以美國的肯尼迪航天中心為例，當執行前往國際空間站的補給或載人任務時，必須等到空間站軌道平面經過發射場上空附近的時刻。這個時間通常每天只出現幾次，每次可能只有幾分鐘。如果錯過，就只能等待下一次幾何條件再次滿足。

因此，發射窗口首先是一個軌道匹配時間段。如果在不匹配的時間發射，火箭即便升空，也可能無法以合理能耗進入目標軌道。

而且，火箭的燃料也是有限的，地球自轉本身可以為火箭提供初速度。在赤道附近，地球自轉線速度約為465米每秒。合理利用這部分速度，可以減少火箭所需的推進能量。因此，發射窗口還涉及到能量最優化問題。如果在不合適的時間發射，航天器需要額外消耗推進劑進行軌道修正，這會降低有效載荷能力，甚至導致任務失敗。

對深空任務來說，這一點尤為關鍵。例如前往火星的探測任務，必須等待地球與火星在太陽系中的相對位置滿足最優轉移軌道條件。火星繞太陽運行一周約687天，地球約365天，兩者形成合適相對位置大約每26個月一次。

圖片來源：新華社記者 李明剛

古人眼中的霹靂石，到底是個啥？

如你所見，這塊普通的黑黑的石頭，在唐朝古籍中，古人稱它為“霹靂石”，國內又叫它雷公墨。由于南方雷雨頻繁，石頭經常在下雨天被沖刷出來，古人就認為它是天上的雷公畫符遺留的墨塊。那它到底是什么呢？

它有一個不太科學的俗稱——“玻璃隕石”。學界曾經存在一個誤區，認為雷公墨是地外天體落到地球上的隕石。事實上，雷公墨并不來自地外，它就是地球本身的巖石。當地外天體以超高速度撞擊地球，地表巖石會瞬間熔融并被拋向空中。由于在極短時間內快速冷卻，熔體沒有足夠的時間形成穩定的礦物，最終凝固形成的玻璃物質就是雷公墨。

雷公墨的英文名Tektite（意為“熔融形成的石頭”）正是源于這一過程。而“雷公墨”這個名字雖然生動，但并非標準的學術統稱。出于嚴謹，學術界一般將其稱為遠撞擊濺射玻璃，簡稱撞擊玻璃。但黑色的石頭有那么多，如何判斷它是不是撞擊玻璃呢？

絕不能僅憑黝黑的外表，而是主要依據三個物理和化學特征來判斷：首先要切記，既然名字里帶玻璃，那就說明它幾乎完全是由天然的玻璃所構成的。玻璃態物質的最大特點是非晶質，內部原子排列雜亂無章，沒有類似礦物的、規律的晶體結構。

其次，撞擊玻璃的結構水含量極低。結構水是指進入玻璃內部結構的水，主要以OH?、H?等離子形式存在，而非巖石表面的吸附水。對于地球上由火山活動形成的天然玻璃，結構水含量通常高于1%（質量百萬分比），相當于100千克的火山玻璃中，經高溫熔融可釋放出1千克以上的結構水。而撞擊玻璃的結構水含量一般遠低于0.04%，100千克的撞擊玻璃連40克的水都燒不出來。

最后就需要上點化學手法嘍~要看撞擊玻璃中的鐵元素。撞擊玻璃中的鐵元素以二價鐵為絕對主體，三價鐵占比極低。地外天體以超高速撞擊地表，會產生極高的壓力和溫度，形成強還原的氛圍，將巖石中原本的三價鐵快速還原為二價鐵。同時，熔融物被拋射至高空后極速冷卻，沒有時間與大氣中的氧氣發生氧化反應，最終固定了二價鐵為主的價態。與之相比，火山玻璃在地表的有氧環境中緩慢冷卻，三價鐵占總鐵的比值顯著更高，和撞擊玻璃的鐵元素價態差距明顯。

圖片來源：Pan, Qing, et al. "An eastern extension of the layered-only zone of Australasian tektites." Geology (2026).

我國首個百萬方級鹽穴儲氫工程投產！

4月25日，我國首個百萬方級鹽穴儲氫示范工程在河南省平頂山市投產運行。該項目的落地投用補齊了氫能大規模、低成本儲能關鍵短板，標志著我國氫能“制-儲-輸-用”正式邁入產業化新階段。

該工程由中國科學院武漢巖土力學研究所與中國平煤神馬集團共同實施。團隊通過精細化選址選層方法，精準確定1418米鉆井深度，主導建成水溶體積超3萬方的鹽穴腔體，主導完成150萬標準立方米氫氣儲存，成功實現了我國鹽穴大規模儲氫工程實踐。

該工程實現多項技術突破——首次利用層狀鹽巖建成儲氫庫，厘清氫氣在超低滲巖鹽中多尺度運移規律，形成鹽穴儲氫庫精細選址選層關鍵技術，驗證了層狀鹽巖儲氫的長期密封性與工程可行性。

本次工程還攻克了臨氫材料腐蝕、設備密封等瓶頸，研制出抗氫脆套管及高密封性井口裝置等，關鍵核心設備100%國產化，構建了自主可控的地下氫能儲備技術體系。

團隊首創“地表-井筒-腔體”天地空一體化安全監測技術，實現了地面氫氣濃度、井筒振動信號、氣水界面深度、腔體地震信號等全方位實時預警，保障工程安全穩定運行。

作為我國首座鹽穴儲氫庫，該工程首次驗證了我國地質儲氫技術可行性，為“十五五”期間破解氫能大規模儲備瓶頸提供成熟技術路線。

圖片來源：中國科學報

不冒氣的湯可不敢直接喝…

為什么剛煮好的熱湯表面幾乎不冒熱氣，但一吹開表面那層油膜，立刻就會有大量蒸汽冒出來？這是因為低密度、高沸點的油在熱湯表面形成了一層“罩子”，阻擋了水分子的蒸發。

常見的食用油，既不和水互溶，也不會與水反應，密度還比水低，因此會浮在煮好的湯表面，形成一層油膜。剛煮好的熱湯溫度接近 100℃（也就是常壓下水的沸點），其內部水分子的動能極大，極易發生蒸發——而食用油的煙點（也就是油開始分解并“冒煙”的溫度，它比食用油的沸點更低）一般在 200℃左右，區區 100℃“低溫”，根本無法讓食用油分解或蒸發。

這里有個關于蒸發的小知識：蒸發是只在液體表面進行的。因此，油膜的存在讓熱湯中的水分子無法順利逸散到空氣中，阻斷了蒸發過程。而一旦失去了油膜的阻擋，大量高動能的水分子瞬間從表面掙脫束縛，發生劇烈的蒸發，變成高溫水蒸氣逸散出來。

不過，水蒸氣本身是不可見的。當大量涌出的高溫水蒸氣遇到外界溫度較低的空氣，會在冷空氣中迅速液化，凝結成無數小液滴懸浮在空中——這才是我們肉眼看到的“蒸汽”。

浮于表面的油膜阻礙了水分子的蒸發，俗話說“不冒氣的湯最燙人”，原因正是如此——下次看到不冒熱氣的湯，可要仔細看一看表面是否有一層油膜，免得被燙傷~

圖片來源：veer圖庫

你見過會飛的“銀河”嗎？

攝影師在遼寧沈陽臥龍湖拍下了一段鳥浪翻飛的絕美畫面，經過后期處理，竟變幻成了天上的星河。臥龍湖是遼寧省最大的平原淡水湖，地處 “東亞——澳大利西亞”全球候鳥遷徙通道之上，是候鳥北歸途中最重要的“加油站”，每年3月中下旬到4月中下旬，每日薄暮時分是鳥浪最壯觀的時段。

視頻來源：CCTV紀錄

內容綜合自中國科普博覽微博、力學科普、科學大院、中國科學報、中科院物理所、CCTV紀錄

本文首發于中國科普博覽（kepubolan）

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