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為什么說長五 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
導語:航天領域一次次的巨大飛躍,離不開火箭科學的發(fā)展。

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

所謂「失控火箭」是指長征五號 B 遙二火箭,即 4 月 29 日將中國空間站「天和核心艙」成功送入預定軌道的運載火箭。

為什么說長五 B 失控是偽命題?扒一扒火箭的「前世今生」

【長征五號 B 遙二火箭點火升空】

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

在 5 月 7 日的例行記者會上,外交部發(fā)言人汪文斌對此作了解釋:

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

盡管并不清楚殘骸是否會造成任何負面影響,NASA 還是就此事對中國進行了強烈譴責。當?shù)貢r間 5 月 9 日,NASA 局長 Bill Nelson 在一份聲明中表示:

航天國家必須盡量減少太空物體重新進入地球對人類和財產(chǎn)造成的風險,并且最大限度地提高航天任務的透明度。顯然,中國在火箭殘骸方面沒有達到負責任的標準。中國在內(nèi)的所有航天國家、商業(yè)公司實行負責任、透明的任務,確保太空活動安全、穩(wěn)定、可持續(xù),是至關重要的。

為什么說長五 B 失控是偽命題?扒一扒火箭的「前世今生」

之后中國載人航天工程官方網(wǎng)站發(fā)布公告:

經(jīng)監(jiān)測分析,2021 年 5 月 9 日 10 時 24 分,長征五號 B 遙二運載火箭末級殘骸已再入大氣層,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上再次回應:

這幾天大家都非常關心中國火箭殘骸墜落的問題,前幾天美國等一些國家也有一些渲染,但是我們已經(jīng)看到有關報道,火箭末級已經(jīng)再入大氣層,沒有對地面造成危害。

可見,「失控火箭」的說法并不成立。

「失控火箭」說法并不成立

判定長征五號 B 遙二火箭究竟是否“失控”,其實需要了解這樣幾點事實。

第一,火箭末級再入大氣層燒蝕銷毀其實是國際通行做法。

據(jù)《環(huán)球時報》報道,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荷運送任務后,在大氣層外運行的火箭殘骸本身已經(jīng)失去動力,甚至可能結構都有所損壞,因此不管是飄浮在太空的哪國火箭殘骸,都不存在“可控”的概念。

第二,再入時溫度高達千余攝氏度,全箭 95% 以上將會被燒灼殆盡,最后留下的也僅僅是那些因設計要求而耐高溫的部分。

相關專家表示:

運載火箭通常采用多級結構,體積最大的第一級和助推器往往在大氣層內(nèi)就完成使命自動脫離,由火箭第二級乃至更上面級將載荷送入太空。而長五 B 采用一級半構型,相當于用一級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大。但由于其結構“皮薄餡多”,內(nèi)部燃料在發(fā)射時消耗后,剩余的殼體質量并不大,而且以鋁合金為主的殼體很容易在大氣層中焚毀。

第三,說中國違反國際空間法、相關行為不負責任等等,并不合理。

據(jù)航天博主“歸零工作室 RTZT”介紹:

我國火箭自長征四號甲之后所研的,末級都嚴格遵守國際鈍化條例:儲箱殘余液體放光,增壓氣瓶多余氣體放光,蓄電池剩余能量放光(俗稱“三排”)。


我國新一代運載火箭系列中,基本具有國際標準化組織(International Standard Organization)制定的指導性文件-ISO27875 與 ISO20893 中所說的鈍化系統(tǒng),還在末級儲箱置有排放轉向裝置,既排空了燃料,又鈍化了軌道,這也符合ISO中所述的末級離軌容許“經(jīng)濟和技術上的可接受性”(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?shù)貢r間 1961 年 4 月 12 日上午 9 時 7 分,蘇聯(lián)航天員 Yuri Gagarin 乘坐東方 1 號宇宙飛船從拜科努爾發(fā)射場起航,在最大高度為 301 公里的軌道上繞地球一周,歷時 108 分鐘完成了世界上首次載人宇宙飛行,人類進入太空的愿望得以實現(xiàn)。

為什么說長五 B 失控是偽命題?扒一扒火箭的「前世今生」

隨后 60 年里,人類實現(xiàn)了月面行走,各國航天器被送往水星、金星、火星......太空探索如火如荼進行著,人類對宇宙的認知不斷拓寬——當然,航天領域一次次的巨大飛躍,離不開火箭科學的發(fā)展。

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

如今我們眼中至關重要的火箭科學,實際上“出身卑微”。

火箭的使用最早可能要追溯到宋朝,隨后于 13 世紀傳至歐洲和中東。那時,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。

為什么說長五 B 失控是偽命題?扒一扒火箭的「前世今生」

據(jù)了解,單詞 rocket(火箭)來源于意大利語 rocchetta(小紡錘,因為它們在形狀上與用于固定紡車上的線的裝置相似),17 世紀早期開始出現(xiàn)在英文文本中。

18 世紀晚期,邁索爾王國(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,通過壓縮火藥和鐵箱將當時的火箭射程從 90 米左右增至 1830 米。

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

19 世紀起,火箭終于沾上了科學的邊。

科學家們開始認真地把火箭的基本原理提煉成數(shù)學公式(后來被稱為“火箭方程”,由多位科學家各自獨立推導而成)。

“火箭方程”實際上要歸功于現(xiàn)代宇宙航行學奠基人、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《用反應機器探索外太空》的論文。論文認為,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)動機工作的數(shù)學公式,他畫出的原理圖也為現(xiàn)代火箭設計奠定了基礎。

為什么說長五 B 失控是偽命題?扒一扒火箭的「前世今生」

1912 年,美國物理學家 Robert Goddard 也獨立開發(fā)了一個火箭方程,隨后法國工程師 Robert Esnault-Pelterie 和德國奧地利物理學家 Hermann Oberth 分別在 1913 年、1920 年導出了相同的方程。

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)代火箭從理論走向實踐。

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

1942 年 10 月,納粹德國設計出了 V2 火箭,它是世界上最早投入實戰(zhàn)使用的彈道導彈,也是人類航天運載火箭的最早雛形。

為什么說長五 B 失控是偽命題?扒一扒火箭的「前世今生」

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

蘇聯(lián)方面,Sergei Korolev 被任命為研制遠程彈道導彈的首席設計師,在德國火箭科學家的幫助下,于 1957 年研制出 R-7 彈道導彈,即世界上第一個洲際彈道導彈,之后 R-7 家族火箭不斷發(fā)展。

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

雙方的競爭無疑加快了火箭技術發(fā)展,隨后阿波羅時代、航天飛機時代先后到來,包括中國在內(nèi)的眾多國家也開始了自己的太空計劃。

為什么說長五 B 失控是偽命題?扒一扒火箭的「前世今生」

而我們?nèi)缃裾诮?jīng)歷的,則是商業(yè)太空時代。

不論是老牌的洛克希德·馬丁、波音、諾斯羅普·格魯曼,還是新興的 Blue Origin、SpaceX 和美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟(ULA),商業(yè)航天離不開火箭科學的飛躍。

放眼未來,小行星采礦、太空旅行也許會成為司空見慣的事情,人類對宇宙的認知自然還會不斷拓寬。

引用來源:

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-administrator-statement-on-chinese-rocket-debris

http://www.cmse.gov.cn/gfgg/202105/t20210509_47886.html

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1699319586231724131&wfr=spider&for=pc

https://weibo.com/steedjoy?profile_ftype=1&is_all=1#_0

https://interestingengineering.com/ad-astra-the-past-present-future-of-rockets

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