火箭残骸的各种处理方式,你都了解吗?-航空航天-热点资讯-野望文存-科技 
    欢迎来到野望文存-科技!
当前位置:野望文存-科技 > 热点资讯 > 航空航天 >  火箭残骸的各种处理方式,你都了解吗?

火箭残骸的各种处理方式,你都了解吗?

发表时间:2021-05-10 18:39:00  来源:野望文存  浏览:次   【】【】【


火箭的使命,就是将航天器等有效载荷送到太空,一旦这一任务完成,火箭也将功成身退,那么“退”下来的火箭“残骸”都有哪些处理方式呢?



什么是火箭残骸呢?


通俗地讲,火箭飞行过程中掉下来的部分称之为残骸。不过通常说的残骸都是指火箭的大残骸。国内外现役运载火箭通常都是多级火箭,除了与卫星相连的末级火箭,其余结构体包括助推器、子级乃至整流罩,在发挥完各自作用后,都会在火箭飞行的不同阶段分离、掉落。


火箭助推器分离示意图


一般来说,这些残骸会分散成为多个部分,其中一部分会随着卫星升入遥远的太空之中,还有一部分会再入大气层烧毁坠落地面。这些残骸在落地之后呈现的状态也是各有不同的,降落的时间也有一定的差异。因此,对残骸的处理方式也是多种多样的。



提前疏散 专人回收


一般来说,对于上升高度不高,很快坠落回地面的火箭残骸,火箭设计师会在发射前,精准计算出落区范围,会有专人提前完成落区实地勘察和人员疏散,不会造成人员伤亡。


电力部门协助疏散


火箭设计师张博戎介绍,火箭的飞行轨道、箭下点、分离的位置,都是提前精密设计好的,结合分离时的飞行速度和位置等参数,就可以精准计算出这类残骸的中心落点。执行发射任务前,有关部门会向航区、落区发布通知,进行人员疏散等准备工作。残骸落地后,落区指挥部要组织人员保护现场,避免他人接近。同时由专人对残骸进行回收处理。

酒泉、太原、西昌三大传统发射场位于我国内陆,在这里发射的火箭落区,大多位于内陆,在有条件的情况下,火箭发射后都要回收这些残骸。而在我国的新发射场——文昌航天发射场,它位于海南省,也就是在海边,我国新一代的大型、中型火箭就在这里发射。每次发射完火箭的残骸都直接掉到公海里,不会造成任何的威胁,所以也就不用回收了,而且火箭残骸虽然都是无控抛落,但已经计算出落海区域,也会有相关人员监测任务海区。



受控离轨 绚烂燃烧


有一些飞得更高的的火箭子级,可以一直停留在太空中绕地球运行的轨道上,成为“太空垃圾”。作为航天大国,中国的火箭设计师们在发射任务结束后,会让这类火箭残骸尽快降低轨道高度,避免占用宝贵的轨道资源,影响太空环境。

这类残骸主要采用的是受控离轨方式。所谓受控离轨,就是利用火箭子级剩余燃料和部分发动机控制箭体不断脱离原本运行的轨道,而逐渐向地球靠拢,最终在进入大气层的过程中焚毁殆尽的做法。

还有火箭箭体钝化处理,将箭体剩余的燃料、高压气泄出,让电池自己短路,彻底消除火箭末级“自爆”危险。同时,在钝化之前火箭还可能会进行“离轨”机动,转移到废弃轨道上,也是同样的目的。

这是我国坚定履行负责任大国的国际责任的有力担当,也是中国人和平科学利用太空资源的生动实践。



轨道设计提前控制

避开重要区域


与受控离轨相对的,还有一种无控离轨方式。这类箭体实际上已经进入了太空,消失在人们的视野里。它们运转在低地球轨道上,在大气边缘气体的阻力作用下,越转越慢,越来越低,经过一段时间后最终再入大气层。

再入大气层模拟画面


不过大家不用担心这部分火箭造成的威胁,它们没有任何的防护措施,再入速度很大,会在大气层空气剧烈摩擦中,不断焚烧殆尽。不会像科幻电影中描述的那样砸向地球,而是在奔向地球的过程中,化成一身绚烂,划过美丽星空。

张博戎说,“无控再入”的落点不是无法预测,而是无法提前精确预测。这是因为分离速度、载荷质量、气动环境、空间受力的轻微变化,在长时间累积后会导致箭体残骸再入位置产生很大的变化,再加上箭体再入过程中存在不确定性,可能会分离解体,因此,目前世界各国都不存在准确方法能够计算出再入残骸碎片的形状、大小、数量等,种种不确定因素会影响设计师计算的落点精度,导致其残骸落区范围也更大一些。

早期,全球的火箭设计中,也都没有考虑残骸落点控制的问题,太空中至今还散布着各国的火箭子级,距离地面约400公里以内的那些运载火箭壳体、卫星,绝大部分都会再入大气层,只是时间长短问题。


“猎鹰9”火箭残骸掉落美国华盛顿州


有网友也许紧张,那我们是不是有可能被砸中?不用担心,从上世纪70年代到80年代,每年约有200枚火箭和卫星坠落,最近每年也有50枚左右。其中大部分在大气层燃为灰烬,每年只有数枚航天飞行器的零部件落到地面,但至今还没有发生过任何一起伤人的事件。

张博戎说,火箭设计师也在通过开展轨道计算,大量试验积累数据,结合种种概率来计算残骸可能散布的地点,以此划出落区的范围,并且跟踪监测,及时预报落点。而且被火箭残骸砸中的概率应该还远低于被陨石砸中、走在路上被雷劈中、小行星撞上地球的概率。

根据网络相关数据估算,在流星雨爆发的时段,每小时约有1000~20000颗陨石落向地球,而普通人被200g以上的陨石砸中的概率是7亿分之一;作为对比,普通人一生中被雷劈的可能性是1.2万分之一。这样一比较,我们根本不需要为这样的事忧心忡忡。



我国已成功开展

残骸精准回收试验


除了这些残骸处理方式,一直以来,火箭设计师们还在寻找对策,降低火箭残骸的威胁。近年来的一些试验,让残骸的精准降落和回收成为可能。

火箭设计师钱航介绍,2019年,长征火箭首次采用栅格舵分离体落区安全控制技术,火箭的一级落点实现了精确控制。

此次试验的栅格舵由众多薄薄的栅格壁镶嵌在边框内构成,安装在火箭一子级上。火箭发射升空时,它紧贴箭体侧壁,在一子级分离再入阶段解锁、展开,并按指令转动控制一子级的姿态和飞行轨迹,发射当天,火箭一级的残骸在贵州黔南布依族苗族自治州被找到,落点正位于事先设定的落区范围内,这意味着,我国运载火箭首次“栅格舵分离体落区安全控制技术”试验取得成功。


栅格舵


2020年,长征火箭在发射任务外,助推器首次验证了基于降落伞的落区控制技术。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,在坠落过程中降落伞先后展开,成功控制了助推器坠落时的姿态和方向。

钱航说,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收、处理和显示。根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。而此前完成这项工作短则需要几小时,长则需要数月。


火箭成功发射后助推器精准落地


后续,研制人员将在前期搭载试验的基础上继续改进和优化方案,不断提升产品的可靠性,实现产品的批量化、低成本生产,进而大幅提高火箭残骸的落区安全性。相信不久的将来,火箭残骸对落区的影响将会越来越小。


现阶段除了可回收的箭体外

箭体难逃成为残骸的命运

它们的生命转瞬而逝

却绚烂无比

它们与研制火箭的火箭人

具备一样的秉性

举足轻重  荣辱不惊

使命必达  不求回报

燃烧生命  无畏无悔

闪耀人生  照亮未来


图片:部分图片来自网络

编辑:王海露

美编:孙莹

监制:王涑

责任编辑:蔡学森