長征五號火箭失控?美國NASA都急了 我們來扒一扒

過去幾天,外媒流行起一個新名詞——China’s Out-of-Control Rocket,意為“大陸的失控火箭”。

所謂“失控火箭”是指長征五號 B 遙二火箭,即 4 月 29 日將大陸空間站“天和核心艙”成功送入預定軌道的運載火箭,


【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,外交部發言人汪文斌對此作了解釋:

據我了解,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 還是就此事對大陸進行了強烈譴責,

當地時間 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造成的風險,并且最大限度地提高航天任務的透明度。顯然,大陸在火箭殘骸方面沒有達到負責任的標準。大陸在內的所有航天國家、商業公司實行負責任、透明的任務,確保太空活動安全、穩定、可持續,是至關重要的。

之后大陸載人航天工程官方網站發布公告:

經監測分析,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,落區位于東經 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大陸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,但是我們已經看到有關報道,火箭末級已經再入大氣層,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《環球時報》報道,有專家指出火箭殘骸失控本身就是偽命題,原因在于:

通常火箭完成載荷運送任務后,在大氣層外運行的火箭殘骸本身已經失去動力,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”,內部燃料在發射時消耗后,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,說大陸違反國際空間法、相關行為不負責任等等,并不合理。

據航天原PO“歸零工作室 RTZT”介紹:

大陸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”),

大陸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,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,

當地時間 1961 年 4 月 12 日上午 9 時 7 分,蘇聯航天員 Yuri Gagarin 乘坐東方 1 號宇宙飛船從拜科努爾發射場起航,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。

隨后 60 年里,人類實現了月面行走,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,在此對火箭的發展做一次簡要科普(注:以下內容部分編譯自 Interesting Engineering 網站文章),

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,

據了解,單詞 rocket(火箭)來源于義大利語 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——蘇格蘭天文學家、數學家、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”實際上要歸功于現代宇宙航行學奠基人、蘇聯火箭專家 Konstantin Tsiolkovsky(康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基),

1903 年,他發表了一篇題為《用反應機器探索外太空》的論文,論文認為,火箭的發展將使人類太空飛行成為可能。他不僅提出了火箭發動機工作的數學公式,他畫出的原理圖也為現代火箭設計奠定了基礎,

1912 年,美國物理學家 Robert Goddard 也獨立開發了一個火箭方程,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 四人被共同稱為現代火箭和航天之父,

這之后,現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使用的彈道飛彈,也是人類航天運載火箭的最早雛形。

二戰后,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,

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

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)監督相關研發工作,后來在 1958 年 7 月 28 日,時任總統德懷特·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展,隨后阿波羅時代、航天飛機時代先后到來,包括大陸在內的眾多國家也開始了自己的太空計劃。

而我們如今正在經歷的,則是商業太空時代,

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 和美國聯合發射聯盟(ULA),商業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,

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