为什么说长征五号失控是伪命题?扒一扒火箭的“前世今生”

过去几天,外媒流行起一个新名词——China's Out-of-Control Rocket,意为“中国的失控火箭”。

所谓“失控火箭”是指长征五号 B 遥二火箭,即 4 月 29 日将中国空间站“天和核心舱”成功送入预定轨道的运载火箭。

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【长征五号 B 遥二火箭点火升空】

外媒给这枚火箭加上“失控”定语的理由是:火箭末级通过再入大气层烧蚀销毁,残骸从天而降,人类的性命安危将会受到威胁。

在 5 月 7 日的例行记者会上,外交部发言人汪文斌对此作了解释:

据我了解,该火箭末级已采用了钝化技术处理,绝大部分器件将在再入过程中烧蚀销毁,对航空活动及地面造成危害的概率极低。

尽管并不清楚残骸是否会造成任何负面影响,NASA 还是就此事对中国进行了强烈谴责。

当地时间 5 月 9 日,NASA 局长 Bill Nelson 在一份声明中表示:

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之后中国载人航天工程官方网站发布公告:

经监测分析,2021 年 5 月 9 日 10 时 24 分,,落区位于东经 72.47°,北纬 2.65° 周边海域,绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀销毁。

5 月 10 日,外交部发言人华春莹在例行记者会上再次回应:

可见,“失控火箭”的说法并不成立。

判定长征五号 B 遥二火箭究竟是否“失控”,其实需要了解这样几点事实。

据《环球时报》报道,有专家指出火箭残骸失控本身就是伪命题,原因在于:

通常火箭完成载荷运送任务后,在大气层外运行的火箭残骸本身已经失去动力,甚至可能结构都有所损坏,因此不管是飘浮在太空的哪国火箭残骸,都不存在“可控”的概念。

相关专家表示:

运载火箭通常采用多级结构,体积最大的第一级和助推器往往在大气层内就完成使命自动脱离,由火箭第二级乃至更上面级将载荷送入太空。而长五 B 采用一级半构型,相当于用一级火箭将空间站核心舱直接送入轨道,因此留在太空中的体积的确相当大。但由于其结构“皮薄馅多”,内部燃料在发射时消耗后,剩余的壳体质量并不大,而且以铝合金为主的壳体很容易在大气层中焚毁。

据航天博主“归零工作室 RTZT”介绍:

我国火箭自长征四号甲之后所研的,末级都严格遵守国际钝化条例:储箱残余液体放光,增压气瓶多余气体放光,蓄电池剩余能量放光(俗称“三排”)。

我国新一代运载火箭系列中,基本具有国际标准化组织(International Standard Organization)制定的指导性文件-ISO27875 与 ISO20893 中所说的钝化系统,还在末级储箱置有排放转向装置,既排空了燃料,又钝化了轨道,这也符合ISO中所述的末级离轨容许“经济和技术上的可接受性”(Economic and technical acceptability)。

谈及火箭,我们可以将目光拉回至 60 年前。

当地时间 1961 年 4 月 12 日上午 9 时 7 分,苏联航天员 Yuri Gagarin 乘坐东方 1 号宇宙飞船从拜科努尔发射场起航,在最大高度为 301 公里的轨道上绕地球一周,历时 108 分钟完成了世界上首次载人宇宙飞行,人类进入太空的愿望得以实现。

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随后 60 年里,人类实现了月面行走,各国航天器被送往水星、金星、火星……太空探索如火如荼进行着,人类对宇宙的认知不断拓宽——当然,航天领域一次次的巨大飞跃,离不开火箭科学的发展。

基于上述长征五号 B 遥二火箭牵涉出相关舆论的背景,在此对火箭的发展做一次简要科普(注:以下内容部分编译自 Interesting Engineering 网站文章)。

火箭的使用最早可能要追溯到宋朝,随后于 13 世纪传至欧洲和中东。那时,火箭基本上是装着火药的管子,主要功能是用可怕的噪音和爆发力来恐吓敌人。此后,火箭被用于各种各样的军事目的,例如包围防御工事、城墙等。

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18 世纪晚期,迈索尔王国(位于今印度西南部卡纳塔克邦一带)发明了“迈索尔火箭”,主要目的仍是军用,通过压缩火药和铁箱将当时的火箭射程从 90 米左右增至 1830 米。

1861 年,第一个提出使用火箭进入太空旅行的人出现——苏格兰天文学家、数学家、牧师 William Leitch 在名为《上帝在天堂的荣耀》的书中阐述了人类最终命运在于太空的信念,虽然观念在当时可谓超前,但有着一定的宗教色彩。

19 世纪起,火箭终于沾上了科学的边。

科学家们开始认真地把火箭的基本原理提炼成数学公式(后来被称为“火箭方程”,由多位科学家各自独立推导而成)。

1903 年,他发表了一篇题为《用反应机器探索外太空》的论文。论文认为,火箭的发展将使人类太空飞行成为可能。他不仅提出了火箭发动机工作的数学公式,他画出的原理图也为现代火箭设计奠定了基础。

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1912 年,美国物理学家 Robert Goddard 也独立开发了一个火箭方程,随后法国工程师 Robert Esnault-Pelterie 和德国奥地利物理学家 Hermann Oberth 分别在 1913 年、1920 年导出了相同的方程。

Konstantin Tsiolkovsky、Robert Goddard 、 Robert Esnault-Pelterie 和 Hermann Oberth 四人被共同称为现代火箭和航天之父。

1926 年,Robert Goddard 通过将固体推进剂转换为液体推进剂,并在高压燃烧室安装超音速拉伐尔喷管(de Laval nozzle,指一个中间收缩、不对称沙漏状的管子),建造了第一枚现代火箭。

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二战后,纳粹德国的技术成为东西方阵营的抢夺焦点,双方早期火箭都有鲜明的 V2 火箭特征。

苏联方面,Sergei Korolev 被任命为研制远程弹道导弹的首席设计师,在德国火箭科学家的帮助下,于 1957 年研制出 R-7 弹道导弹,即世界上第一个洲际弹道导弹,之后 R-7 家族火箭不断发展。

美国方面,40 年代末、50 年代初由美国国家航空咨询委员会(NACA)监督相关研发工作,后来在 1958 年 7 月 28 日,时任总统德怀特·戴维·艾森豪威尔(Dwight David Eisenhower)签署了《美国国家航空航天法》,创建 NASA,并接管了 NACA 的工作。

双方的竞争无疑加快了火箭技术发展,随后阿波罗时代、航天飞机时代先后到来,包括中国在内的众多国家也开始了自己的太空计划。

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不论是老牌的洛克希德·马丁、波音、诺斯罗普·格鲁曼,还是新兴的 Blue Origin、SpaceX 和美国联合发射联盟(ULA),商业航天离不开火箭科学的飞跃。

放眼未来,小行星采矿、太空旅行也许会成为司空见惯的事情,人类对宇宙的认知自然还会不断拓宽。

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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