火箭发射后为啥会有残骸,掉落到地面的后果有多严重?

  时空通讯原创   2022-08-14 08:30:10

最近一段时间,有外媒不断炒作我国发射的长征五号B遥三火箭的残骸问题,认为残骸掉落位置具有不确定性,存在掉落在人口稠密地区导致人身财产伤害的可能性。

对此,我外交部在答记者问时明确表示,我国火箭已经经过特殊设计,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,这是国际通行使用的方法。

7月31日凌晨1点45分,中国载人航天发布消息:中国长征五号B运载火箭的墨迹残骸已经坠落,落区坐标为:东经119度、北纬9.1度。这个地方是一片无人的海域,迄今没有任何伤亡损害报告。

由此,外媒的炒作偃旗息鼓。

那么,为啥火箭会有残骸,一般如何处理呢?

传统火箭实际上就是一次性运载工具,将货物或飞船送到轨道后就废弃了。如7月24日发射的长五B遥三,将约23.2吨的问天实验舱送到预定轨道后,整个800多吨的火箭就全部完成任务,绝大部分载荷是燃料,烧掉了,其余火箭壳体和发动机部分就成了残骸。

这些残骸是分为几个阶段发生和处理的。

首先是刚一发射,我们在视频中看到一些白色块状物纷纷掉落,这些是覆盖在火箭整流罩上的保温层,是在发射场昼夜温差变化大的状态下,为了保证整流罩中的有效载荷不受损害的保温措施。

这些保温层由塑料泡沫制成,设计时有一个迎风面,火箭一启动,随着振动和速度增大,这些泡沫保温层就会掉落,就是人们看到视频中纷纷掉落的白色碎块,这些泡沫都掉落在发射区,不会造成人员和财产伤害。

但这不算残骸,只能算发射过程的一个程序或小插曲,就像天女飞升时的散花。

火箭起飞先烧助推器中的燃料,烧完了这些助推器就没用了,因此这些助推器是最早变成残骸的火箭部分。比如长五B火箭4个捆绑式助推器,在燃烧170秒左右后就烧完燃料,与火箭芯一级分离后自由掉落。

随后火箭飞出大气层,整流罩变成火箭第二部分残骸掉落。所谓整流罩,就是火箭头上的那个罩子,是火箭重要组成部分之一。由于地球上空气浓密,有效载荷在发射时就会受到气动力、气动加热、声振等影响,整流罩包裹在有效载荷外面,起保护作用的。

火箭发射200多秒后已经飞出大气层,这时整流罩的作用就丧失了,于是一分两半被抛离,向地表坠落。

以上这些残骸在并不太高的空中掉落,不会被大气层烧毁,因此会有较大残骸碎片落下,可能对地面人和物造成伤害。

内陆发射场发射的火箭,如我国的酒泉、太原、西昌等发射场发射的火箭,这类火箭发射早期抛落的残骸,一般都落在陆地,因此需要事前做好防范,事后做好回收的工作。就是紧密计算好落点,疏散那里的人口和牲畜,在残骸落地后找到回收,并对损害的财产进行善后赔偿处理。

而在沿海的发射基地,如我国文昌发射场发射的火箭,就会精密计算控制让这些残骸掉落进无人的公海里,并做好通报和监测,尽量避免导致伤害事故和国际海域纠纷。

发射问天实验舱的长5B遥三火箭整流罩,直径达5.2米,长度达20.5米,在发射224秒后抛离,残骸掉落在菲律宾附近的公海中,没有造成任何破坏。其中一块经过多天漂流,被菲律宾渔民打捞起来。

如果火箭发射的是载人飞船,在整流罩的上方火箭顶端还会安装逃逸塔,逃逸塔与整流罩中的航天员座舱相连,一旦在发射过程中出现紧急情况,逃逸塔发动机就会瞬间点火,带动航天员座舱迅速脱离火箭逃生。这样就确保了航天员在火箭事故中的安全。

火箭发射后120秒左右将到达约40公里高度,如果一切正常,逃逸塔就会被抛离,以后如再出现故障,在空气稀薄的高空,乘员舱将会启动无塔逃逸模式。逃逸塔将成为残骸掉回地球,其处理方法与整流罩残骸差不多。逃逸塔抛离后不久,整流罩就会被抛离。

这次引起争议被外媒炒作的是末级火箭残骸。

末级火箭是指搭载有效载荷的最后一段火箭,这段火箭是飞得最高的,速度也是达到最快。送佛送到西,这末级火箭一般将“客人”送到轨道后,才算完成任务,之后实施星(船)箭分离,就是与运送的飞船或卫星、设备分离。

长征五号B遥三火箭为一级半火箭,其中的半级是指四枚助推器,贡献了90%推力,将火箭推离地面送入大气层,烧完燃料分离后就靠芯一级负责将问天实验舱加速到每秒7.9公里的第一宇宙速度,送到距地面400公里左右的空间站轨道,任务就完成了。

芯一级火箭完成任务后就会与问天实验舱分离,成为不受控的残骸。这个“残骸”高达33.16米,直径5米,重达21.6吨。庞大的残骸虽然失去了动力,但依然会以每秒7.9公里的速度惯性飞行。

在近地轨道,虽然高度真空,但还是有极其稀薄的大气分子,摩擦阻力会让这些残骸逐渐慢下来,在地球重力拉扯下,逐渐降低高度,最终掉落下来。随着高度降低,进入浓密的大气层后,火箭残骸在与大气的高速摩擦中温度可达一两千度,大部分会被焚毁,但还是会有小部分烧不完的碎片掉落到地球表面。

那么,这些残骸何时掉落到地面,掉落在什么地方,会不会对人身财产造成伤害?这就是最近一些机构和外媒质疑和炒作的焦点。

其实,对于火箭残骸再入大气层的安全问题,世界上早有惯例,我国也特别重视,主要采取了两种措施:首先对残骸进行了钝化处理;其次密切监视火箭残骸的动向,发出过四次运行轨道报告。

所谓钝化处理,就是在残骸再入大气层之前,程控将残存的高压气体、燃料、电量“排空”,避免在坠落过程中在高温高压下发生爆炸,留下更多更散的碎片,形成更多更大的影响范围。

在中国航天机构的严密监视报告下,长五B遥三火箭芯一级残骸在太空周游了一个星期后,于7月31日凌晨坠入大气层,在天空燃起一道壮丽的火花,大部分烧毁后,部分碎片掉落无人的大海。尘埃落定,各种质疑和炒作戛然而止。

火箭残骸伤人伤物事件知多少?

在人类航天探索中,牺牲总会有的。但人身伤亡事故发生更多的是在火箭发射出现失败事故的时候,这种伤害和牺牲中外都有过发生,这里就不提了。但既然火箭发射后有残骸,这些残骸会掉落地面,伤害总是会发生的,不过伤人的事件还是极少的。

这是因为地球很大,虽然有七十多亿人口,但相对地球表面积来说还是很稀疏的。地球表面积有5.1亿平方公里,也就是平均约70000平方米才有一个人。

当然这些人口不是平均散落在这些面积上,有人口密集区和无人区,且无人区占地球面积的绝大多数,如海洋占据了地球表面积的70%,因此,一般情况下,残骸掉落的地点都是在无人区。

但发射多了,总有那么一些会掉落在有人区,尤其是助推器和一级火箭,是刚发射不久就被抛弃的。但这种残骸处理程序极其规范和严密,都会提前计算掉落地点,组织人员疏散,因此即便砸到人口密集区,也只会损害一些设施,而不会伤害到人或家畜。

因此,火箭残骸掉落地面的事件时有发生,中外都有,但伤人事件极少。但随着人类航天发射越来越多,残骸掉落越来越多,会不会对人类威胁越来越大呢?我想这种情况不但不会发生,而且还会减少。

因为,随着人类科技不断进步和发展,火箭发射的方式也在不断改进,火箭回收技术也在不断提升。如马斯克的太空探索技术公司(SpaceX)火箭回收技术就已经渐渐成熟,不但大量减少了残骸的危害,还可让火箭重复再利用,大大降低了发射成本。

据悉,我国火箭回收技术也已经取得进展,未来的长征8号火箭就将开展芯一级火箭连同助推器整体回收的试验。因此,随着人类文明程度的不断提升,火箭残骸伤害事件不断减少将会是一个趋势。

对此各位有什么看法?欢迎讨论点评。

责编:王铭俊

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