為什么說(shuō)長(zhǎng)五 B 失控是偽命題？扒一扒火箭的「前世今生」

本文作者：付靜

2021-05-10 18:48

導(dǎo)語(yǔ)：航天領(lǐng)域一次次的巨大飛躍，離不開(kāi)火箭科學(xué)的發(fā)展。

過(guò)去幾天，外媒流行起一個(gè)新名詞 China's Out-of-Control Rocket（意為“中國(guó)的失控火箭”）。

所謂「失控火箭」是指長(zhǎng)征五號(hào) B 遙二火箭，即 4 月 29 日將中國(guó)空間站「天和核心艙」成功送入預(yù)定軌道的運(yùn)載火箭。

為什么說(shuō)長(zhǎng)五 B 失控是偽命題？扒一扒火箭的「前世今生」

【長(zhǎng)征五號(hào) B 遙二火箭點(diǎn)火升空】

外媒給這枚火箭加上“失控”定語(yǔ)的理由是：火箭末級(jí)通過(guò)再入大氣層燒蝕銷毀，殘骸從天而降，人類的性命安危將會(huì)受到威脅。

在 5 月 7 日的例行記者會(huì)上，外交部發(fā)言人汪文斌對(duì)此作了解釋：

據(jù)我了解，該火箭末級(jí)已采用了鈍化技術(shù)處理，絕大部分器件將在再入過(guò)程中燒蝕銷毀，對(duì)航空活動(dòng)及地面造成危害的概率極低。

盡管并不清楚殘骸是否會(huì)造成任何負(fù)面影響，NASA 還是就此事對(duì)中國(guó)進(jìn)行了強(qiáng)烈譴責(zé)。當(dāng)?shù)貢r(shí)間 5 月 9 日，NASA 局長(zhǎng) Bill Nelson 在一份聲明中表示：

航天國(guó)家必須盡量減少太空物體重新進(jìn)入地球?qū)θ祟惡拓?cái)產(chǎn)造成的風(fēng)險(xiǎn)，并且最大限度地提高航天任務(wù)的透明度。顯然，中國(guó)在火箭殘骸方面沒(méi)有達(dá)到負(fù)責(zé)任的標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)在內(nèi)的所有航天國(guó)家、商業(yè)公司實(shí)行負(fù)責(zé)任、透明的任務(wù)，確保太空活動(dòng)安全、穩(wěn)定、可持續(xù)，是至關(guān)重要的。

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之后中國(guó)載人航天工程官方網(wǎng)站發(fā)布公告：

經(jīng)監(jiān)測(cè)分析，2021 年 5 月 9 日 10 時(shí) 24 分，長(zhǎng)征五號(hào) B 遙二運(yùn)載火箭末級(jí)殘骸已再入大氣層，落區(qū)位于東經(jīng) 72.47°，北緯 2.65° 周邊海域，絕大部分器件在再入大氣層過(guò)程中燒蝕銷毀。

5 月 10 日，外交部發(fā)言人華春瑩在例行記者會(huì)上再次回應(yīng)：

這幾天大家都非常關(guān)心中國(guó)火箭殘骸墜落的問(wèn)題，前幾天美國(guó)等一些國(guó)家也有一些渲染，但是我們已經(jīng)看到有關(guān)報(bào)道，火箭末級(jí)已經(jīng)再入大氣層，沒(méi)有對(duì)地面造成危害。

可見(jiàn)，「失控火箭」的說(shuō)法并不成立。

「失控火箭」說(shuō)法并不成立

判定長(zhǎng)征五號(hào) B 遙二火箭究竟是否“失控”，其實(shí)需要了解這樣幾點(diǎn)事實(shí)。

第一，火箭末級(jí)再入大氣層燒蝕銷毀其實(shí)是國(guó)際通行做法。

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》報(bào)道，有專家指出火箭殘骸失控本身就是偽命題，原因在于：

通?；鸺瓿奢d荷運(yùn)送任務(wù)后，在大氣層外運(yùn)行的火箭殘骸本身已經(jīng)失去動(dòng)力，甚至可能結(jié)構(gòu)都有所損壞，因此不管是飄浮在太空的哪國(guó)火箭殘骸，都不存在“可控”的概念。

第二，再入時(shí)溫度高達(dá)千余攝氏度，全箭 95％以上將會(huì)被燒灼殆盡，最后留下的也僅僅是那些因設(shè)計(jì)要求而耐高溫的部分。

相關(guān)專家表示：

運(yùn)載火箭通常采用多級(jí)結(jié)構(gòu)，體積最大的第一級(jí)和助推器往往在大氣層內(nèi)就完成使命自動(dòng)脫離，由火箭第二級(jí)乃至更上面級(jí)將載荷送入太空。而長(zhǎng)五 B 采用一級(jí)半構(gòu)型，相當(dāng)于用一級(jí)火箭將空間站核心艙直接送入軌道，因此留在太空中的體積的確相當(dāng)大。但由于其結(jié)構(gòu)“皮薄餡多”，內(nèi)部燃料在發(fā)射時(shí)消耗后，剩余的殼體質(zhì)量并不大，而且以鋁合金為主的殼體很容易在大氣層中焚毀。

第三，說(shuō)中國(guó)違反國(guó)際空間法、相關(guān)行為不負(fù)責(zé)任等等，并不合理。

據(jù)航天博主“歸零工作室 RTZT”介紹：

我國(guó)火箭自長(zhǎng)征四號(hào)甲之后所研的，末級(jí)都嚴(yán)格遵守國(guó)際鈍化條例：儲(chǔ)箱殘余液體放光，增壓氣瓶多余氣體放光，蓄電池剩余能量放光（俗稱“三排”）。

我國(guó)新一代運(yùn)載火箭系列中，基本具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Standard Organization）制定的指導(dǎo)性文件-ISO27875 與 ISO20893 中所說(shuō)的鈍化系統(tǒng)，還在末級(jí)儲(chǔ)箱置有排放轉(zhuǎn)向裝置，既排空了燃料，又鈍化了軌道，這也符合ISO中所述的末級(jí)離軌容許“經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的可接受性”（Economic and technical acceptability）。

火箭的前世今生

談及火箭，我們可以將目光拉回至 60 年前。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間 1961 年 4 月 12 日上午 9 時(shí) 7 分，蘇聯(lián)航天員 Yuri Gagarin 乘坐東方 1 號(hào)宇宙飛船從拜科努爾發(fā)射場(chǎng)起航，在最大高度為 301 公里的軌道上繞地球一周，歷時(shí) 108 分鐘完成了世界上首次載人宇宙飛行，人類進(jìn)入太空的愿望得以實(shí)現(xiàn)。

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隨后 60 年里，人類實(shí)現(xiàn)了月面行走，各國(guó)航天器被送往水星、金星、火星......太空探索如火如荼進(jìn)行著，人類對(duì)宇宙的認(rèn)知不斷拓寬——當(dāng)然，航天領(lǐng)域一次次的巨大飛躍，離不開(kāi)火箭科學(xué)的發(fā)展。

基于上述長(zhǎng)征五號(hào) B 遙二火箭牽涉出相關(guān)輿論的背景，在此雷鋒網(wǎng)將對(duì)火箭的發(fā)展做一次簡(jiǎn)要科普（注：以下內(nèi)容部分編譯自 Interesting Engineering 網(wǎng)站文章）。

如今我們眼中至關(guān)重要的火箭科學(xué)，實(shí)際上“出身卑微”。

火箭的使用最早可能要追溯到宋朝，隨后于 13 世紀(jì)傳至歐洲和中東。那時(shí)，火箭基本上是裝著火藥的管子，主要功能是用可怕的噪音和爆發(fā)力來(lái)恐嚇敵人。此后，火箭被用于各種各樣的軍事目的，例如包圍防御工事、城墻等。

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據(jù)了解，單詞 rocket（火箭）來(lái)源于意大利語(yǔ) rocchetta（小紡錘，因?yàn)樗鼈冊(cè)谛螤钌吓c用于固定紡車上的線的裝置相似），17 世紀(jì)早期開(kāi)始出現(xiàn)在英文文本中。

18 世紀(jì)晚期，邁索爾王國(guó)（位于今印度西南部卡納塔克邦一帶）發(fā)明了「邁索爾火箭」，主要目的仍是軍用，通過(guò)壓縮火藥和鐵箱將當(dāng)時(shí)的火箭射程從 90 米左右增至 1830 米。

1861 年，第一個(gè)提出使用火箭進(jìn)入太空旅行的人出現(xiàn)——蘇格蘭天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、牧師 William Leitch 在名為《上帝在天堂的榮耀》的書(shū)中闡述了人類最終命運(yùn)在于太空的信念，雖然觀念在當(dāng)時(shí)可謂超前，但有著一定的宗教色彩。

19 世紀(jì)起，火箭終于沾上了科學(xué)的邊。

科學(xué)家們開(kāi)始認(rèn)真地把火箭的基本原理提煉成數(shù)學(xué)公式（后來(lái)被稱為“火箭方程”，由多位科學(xué)家各自獨(dú)立推導(dǎo)而成）。

“火箭方程”實(shí)際上要?dú)w功于現(xiàn)代宇宙航行學(xué)奠基人、蘇聯(lián)火箭專家 Konstantin Tsiolkovsky（康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基）。

1903 年，他發(fā)表了一篇題為《用反應(yīng)機(jī)器探索外太空》的論文。論文認(rèn)為，火箭的發(fā)展將使人類太空飛行成為可能。他不僅提出了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作的數(shù)學(xué)公式，他畫(huà)出的原理圖也為現(xiàn)代火箭設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

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1912 年，美國(guó)物理學(xué)家 Robert Goddard 也獨(dú)立開(kāi)發(fā)了一個(gè)火箭方程，隨后法國(guó)工程師 Robert Esnault-Pelterie 和德國(guó)奧地利物理學(xué)家 Hermann Oberth 分別在 1913 年、1920 年導(dǎo)出了相同的方程。

Konstantin Tsiolkovsky、Robert Goddard 、 Robert Esnault-Pelterie 和 Hermann Oberth 四人被共同稱為現(xiàn)代火箭和航天之父。

這之后，現(xiàn)代火箭從理論走向?qū)嵺`。

1926 年，Robert Goddard 通過(guò)將固體推進(jìn)劑轉(zhuǎn)換為液體推進(jìn)劑，并在高壓燃燒室安裝超音速拉伐爾噴管（de Laval nozzle，指一個(gè)中間收縮、不對(duì)稱沙漏狀的管子），建造了第一枚現(xiàn)代火箭。

1942 年 10 月，納粹德國(guó)設(shè)計(jì)出了 V2 火箭，它是世界上最早投入實(shí)戰(zhàn)使用的彈道導(dǎo)彈，也是人類航天運(yùn)載火箭的最早雛形。

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二戰(zhàn)后，納粹德國(guó)的技術(shù)成為東西方陣營(yíng)的搶奪焦點(diǎn)，雙方早期火箭都有鮮明的 V2 火箭特征。

蘇聯(lián)方面，Sergei Korolev 被任命為研制遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈的首席設(shè)計(jì)師，在德國(guó)火箭科學(xué)家的幫助下，于 1957 年研制出 R-7 彈道導(dǎo)彈，即世界上第一個(gè)洲際彈道導(dǎo)彈，之后 R-7 家族火箭不斷發(fā)展。

美國(guó)方面，40 年代末、50 年代初由美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì)（NACA）監(jiān)督相關(guān)研發(fā)工作，后來(lái)在 1958 年 7 月 28 日，時(shí)任總統(tǒng)德懷特·戴維·艾森豪威爾（Dwight David Eisenhower）簽署了《美國(guó)國(guó)家航空航天法》，創(chuàng)建 NASA，并接管了 NACA 的工作。

雙方的競(jìng)爭(zhēng)無(wú)疑加快了火箭技術(shù)發(fā)展，隨后阿波羅時(shí)代、航天飛機(jī)時(shí)代先后到來(lái)，包括中國(guó)在內(nèi)的眾多國(guó)家也開(kāi)始了自己的太空計(jì)劃。

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