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对话航天专家:火箭残骸从哪里来,又会到哪里去?
2021-05-22 20:19    来源: 未知      点击:

零间隔本报记者独家对话航天专家——

火箭残骸都去哪儿了

靴子终于落地了。

据中国载人航天工程办公室新闻,2021年5月9日10时24分,长征五号B遥二运载火箭末级残骸已再入大气层,落区位于东经72.47°、北纬2.65°周边海疆。经监测分析,绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀烧毁。

10天之前,搭载中国空间站天和核心舱的长征五号B遥二运载火箭,在我国文昌航天发射场点火升空,天跟中心舱与火箭胜利分别,进入预约轨道。核心舱就位太空,但火箭残骸去哪了,引发关注。

如今,在火箭残骸再入大气层确当天,中国载人航天工程办公室接连宣布两则布告,先是预报了火箭末级残骸再入大气层的时光和区域,后是颁布了再入大气层的实际时间、区域,以及监测剖析情况。

近些年,跟着我国航天发射任务日益密集,有关“火箭残骸都去哪儿了”的问题备受注视。中青报·中青网记者独家对话航天科技团体中国运载火箭技术研讨院总体设计部青年设计师钱航,就相关问题进行了访谈。

记者:火箭残骸从哪里来,又会到哪里去?

钱航:运载火箭将卫星或飞船发射送入太空,恰是一个自我就义的过程。

在火箭飞行过程中,掉下来的部分称之为残骸。实际上,火箭残骸包括良多品种。按照火箭残骸的产生流程,可大抵分为如下几个部分:

部分残骸是在火箭发射后,简直立刻就会从新返回地面,甚至在火箭刚开始咆哮震撼时,就开端掉落“残骸”。这实在是火箭外部的保温泡沫或凝固而成的冰。

不过人们常说的残骸,更多是指火箭箭体结构的大残骸,以我国载人航天工程所使用的“神箭”长征二号F运载火箭为例,该火箭在发射后几分钟内,火箭的逃逸塔、助推器、一级火箭、整流罩等主要组成部分,会接踵按照预定程序分离,由于回升的高度不高,很快就坠落回地面。

大局部的火箭二级或三级,往往会飞得更高只靠一级飞翔就能实现有效载荷精确入轨的火箭——长征五号B的一级,它们作为末级要将卫星送入轨道,实际上已经进入了太空。

以长征五号B火箭为例,它的末级位于低地球轨道上,凑近大气边沿的气体足以造成阻力,拖曳着火箭末级,逐步下降轨道高度,直至再入大气层。不外,不必担忧这部门火箭造成的要挟,因为火箭壳体为薄壁构造,在很大的再入速度和不任何“防护”办法的前提下,火箭残骸通过与大气激烈摩擦发生大批的热,会在天空中焚烧殆尽,变成漂亮的流星。

记者:国内外火箭入轨级残骸,一般如何处理?

钱航:海内外火箭末级均随有效载荷进入轨道,因为近地轨道高度较低,会在较短时间再入;地球同步转移轨道等高度较高,再入时间个别长达数十年,甚至不会再入。

火箭末级与有效载荷分离后,正常通过钝化措施防止产生空间碎片,包含排出剩余推动剂、排出高压气瓶内的气体、耗费掉电池的剩余电量等。

末级箭体速度到达或者濒临第一宇宙速度,由于速度和品质较大,除非丧失较大运载才能,否则难以通过转变速度增量方法实现残骸的受控再入。针对末级箭体,重要通过轨道监测预警,及时躲避。

记者:火箭残骸砸中人的概率高吗?

钱航:从上世纪70年代到80年代,寰球每年约有200个火箭和卫星坠落,最近每年也有50个左右。其中大部分在大气层燃为灰烬,每年只有极少数航天飞行器的残余零部件落到地面。

一般来说,航天飞行器零部件残骸砸中人的概率是极低的,砸中某个特定人员的概率,更是几十万亿分之一,远远低于交通事变产生的概率。航天飞行器应达到一项尺度,即,在坠向地球时砸中地面人员的概率要降至万分之一以下。

记者:火箭残骸都需要回收或监测吗?

钱航:我国三大传统发射场——酒泉、太原、西昌都位于内陆,每次发射条件前设计好残骸落点,通常会取舍人烟稀少的区域,有时根据需要还会前往落点回收火箭残骸。

我国的新发射场——文昌航天发射场位于海边,是我国第一个滨海发射场。我国新一代大型中型火箭——长征五号、长征五号B、长征七号、长征八号都在这里发射。每次发射这些火箭的残骸,直接掉到公海里,不会造成威逼。

设计人员会事先计算出火箭残骸落海区域,也会有相干人员监测任务海区。

记者:如何进行残骸回收,又如何保障落区平安?

钱航:火箭发射前一周,落区工作组奔赴落区。落区多是偏僻山区或大漠戈壁,地广人稀、交通不便。有的地方山高谷深、重峦叠嶂,有的悬崖峭壁、流急滩险,有的黄沙荒凉、绵延不绝。要是赶上连日阴雨,呈现塌方和滑坡,更是让落区回收工作险象环生。

每到一个地方,工作组都要招集当地公安、消防、林业、交通、教导等部分召开动员安排会,落区工作人员通过播送、短信、微信等情势将火箭发射的消息告知落区大众,搞好宣扬发动。落区工作人员还会挨家挨户进行检讨督导,确保宣传动员妇孺皆知、人人皆知。

火箭升空前1小时,落区上空会响起防空警报,工作组将干部全体分散到空阔、宽阔的场地,确保落区人民性命安全。火箭发射升空后,做好对空视察,及时避让火箭残骸。

经由10多分钟的等候,火箭残骸划过天空,落入提前盘算出来的预定区域。工作组应用声音、定位系统、地形图等预判落点位置,并通过前方察看哨确认残骸详细落点,组织人员照管残骸现场。回收分队赶赴残骸现场,组织技术人员将残骸上的火工品和残余燃料进行清算,而后对残骸进行切割、分解、回收。

记者:如何节制火箭残骸的坠落?

钱航:2020年3月9日,我国用长征三号乙运载火箭成功发射第54颗北斗导航卫星。在此次义务中,火箭助推器首次验证了基于下降伞的落区把持技术。

当长征三号乙运载火箭将北斗卫星送入太空后,助推器在内的火箭残骸如何处理是发射任务中的一个困难。

而在此次任务中,研制人员给火箭的一个助推器安装了多个降落伞,在坠落过程中先后开展,成功控制了助推器坠落时的姿态和方向。以往助推的落区范围大概是30×90公里,是2700平方公里。通过翼伞来控制它,落到指定的点,这个面积会大幅缩减。

记者:火箭残骸能做到全程跟踪吗,多久能找到残骸?

钱航:事实上,从提出“伞降控制”计划,到这次成功实现试验验证,已逾越了10多年时间。难点是“伞怎么打开”。

一个助推器或许有4吨的分量,它分离的时候,速度大略是2000多米每秒,它的姿势是不受控的,这种情形下怎么把伞翻开,并且打开之后使伞不受损坏,是比拟难的处所。

要想解决这个问题,就需要找到一个正确的开伞时机,让助推器的角度、速度和姿态等指标,都能满意开伞的要求。为了精确地捉住这个机会,研制人员在助推器上装置了一套丈量装置,可能实时监测到助推器的位置和姿态。

不仅如斯,这套安装还基于北斗体系,实当初庞杂野外山林地域的精准定位跟踪,研制职员5分钟内就准确晓得它的落点地位,相称于全部再入进程是全程跟踪的。

这也是我国首次在火箭发射任务中实现残骸信息的实时接受、处置和显示。依据定位到的落点位置,研制人员在25分钟之内就找到了火箭残骸。而此前实现这项工作短则须要多少个小时,长则需要数月。

后续,研制团队将在前期搭载试验的基本上,持续改良和优化方案,一直晋升产品的牢靠性,实现产品的批量化、低本钱出产,进而大幅进步火箭残骸的落区安全性。

记者:我国的运载火箭,未来是否做到重复使用?

钱航:2019年,长征二号丙火箭成功把3颗卫星送入预定轨道,另外还“低调地”获得了一项结果,就是实现了子级火箭的精确落地,简略来说就是让火箭的残骸精确降落在预定的地点。

这个黑科技又叫“基于栅格舵的落区精确控制技术”。固然我国运载火箭是首次应用这种技术,但仍取得了实验的成功,因此成为世界上第二个控制这种技术的国度。

近年来,中国运载火箭发射浮现高强度、高密度的态势,仅2020年就发射了39次,均匀每月3次之多。因而火箭残骸降落带来的保险问题,越来越受人们关注。依照通例,火箭在发射前会当时划出一个供火箭残骸降落的地区,基础都是抉择一些人烟稀疏的地区,普通长宽约数十公里的范畴。由此可见,在“栅格舵控制技术”涌现之前,火箭残骸降落的区域范围很大,该技术实现了子级火箭的精确落地,将火箭残骸降落的区域规模掌握在极小范围内,极大减轻了落区工作人员避险和搜救的工作量。

航天器的回收技术早已成熟,现在连火箭助推器的残骸都能实现精准回收。这种技巧让运载火箭在将来反复应用成为可能,除了合乎绿色环保的时期请求,也让航天发射的最后一个高危环节得到了有效管控。

 起源:中国青年报

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