中国空间站建设再迎喜讯:问天号实验舱即将在7月发射,目前问天号和长征五号B运载火箭的组合体已经转运到了发射区。问天号是空间站的两个实验舱之一,长度达到了17.9米,比天和核心舱还要大,重量也达到了20多吨。要发射这样一个大块头,我国也只有长征五号B这样的大力士才能当此重任。
问天号实验舱
说来也巧,每逢长征五号B一出场,众多外媒就会发出不和谐的声音,把一顶“失控”再入的大帽子扣在它的头上。早在2020年5月,长征五号B遥一火箭成功首飞,将新一代载人飞船试验船送上太空,当时外媒就已经开始阴阳怪气,炒作所谓“火箭失控再入”的问题。
问天号和长征五号B运载火箭的组合体转运
例如哈佛大学的乔纳森·麦克道尔在接受采访时,就惊呼“这是苏联礼炮7号空间站之后最大的失控重返大气层物体,尺寸比近年掉落大气层的其他航天器残骸都要大得多”,以及“从未见过这么大的人造物体经过这么多重要城市上空”。
长征5号B发射天和核心舱
而到了2021年4月29日,长征五号B再次出征,发射了天和核心舱,拉开了中国空间站建设的大幕。如此重大的成果,外媒要是不出来酸一下就不正常了。不出所料,他们再次大肆炒作:
英国《卫 》将长征五号B运载火箭残骸称为:“有史以来最大的不受控制再入大气层的人造物体之一”,还说“从飞行姿态看,火箭残骸已经失控,它有可能对地面造成威胁”。美国“太空新闻 ”称,业余地面观测显示,火箭残骸正在翻滚,“显示它已经失去控制”。
外媒炒作长征五号B“失控再入”
总之就是把之前那些话又拿出来老调重弹了一番,并无什么新意。如今到了2022年,长征五号B即将发射问天号实验舱,在我们看来,这将是又一项重大成就。但不用猜也能知道,外媒又会再次祭出“火箭失控再入”的陈词滥调,以混淆视听。
果不其然,火箭还没发射,国外就已经有媒体迫不及待地跳了出来。美国SpaceNews 站上就有一篇文章,表示此前中国的长征五号B火箭都会不受控制地再入大气层,引发全球恐慌,这次长征五号B又要犯同样的错?
这次外媒又开始炒作“失控再入”
对于这些外媒的聒噪,我们自然无需理会,但为什么他们总是揪着长征五号B不放,而非其它型号的火箭呢?这是因为长五B确实有它的特点,或者说过人之处,它是目前世界上仍在使用的唯一一款一级半构型的大型运载火箭,这足以奠定长五B在火箭领域的独特地位。
先来解释一下这个“一级半”代表什么意思。我们知道最简单的火箭就是单级火箭,整个火箭只有一级。靠这种单级火箭想把大型的物体送入轨道是非常难的,因此绝大多数火箭都是二级或三级火箭,每一级火箭的燃料耗尽后就被抛弃,然后下一级火箭点火,通过不断丢弃无用的重量,最终实现将载荷加速到第一宇宙速度,进入环绕地球的轨道。
这样的多级火箭虽然能够达到送卫星或飞船入轨的目的,但却也有缺点,例如每一级火箭都要有各自的发动机和燃料贮箱,增加了重量和成本,而且还需要多次进行级间分离和点火的动作,可靠性也降低了。
长征五号B是一级半构型
与多级火箭相比,长征五号的一级半就显得鹤立鸡群。它的芯级只有一级,直径达5米,装有两台YF-77氢氧发动机,另外还捆绑了4个直径3.35米的助推器,每个装有两台120吨级的液氧煤油发动机。当火箭点火时,芯级和助推器是同时点火的,不会再有第二次点火动作,非常的可靠。
4个3.35米直径的助推器
在起飞时,长五B的助推器提供了90%以上的推力。当4个助推器工作完成并与芯级分离后,火箭已经处于高空,此时火箭的运载能力对推力已经不敏感,但对比冲很敏感,芯级恰恰是两台推力均为50吨的YF-77氢氧发动机,在真空中的推力可达70吨,关键是氢氧发动机的比冲很高,因此长五B的近地轨道运载能力非常强,达到了25吨左右。
这就是长五B的“一级半”构型,最大的特点是除了助推器会在大气层内分离之外,火箭的芯级会直接送载荷入轨,而不再需要第二级或第三级。放眼世界,其它国家的大型火箭能够实现一级半直接入轨的,苏联的能源号算是一个,但它早已退役。而美国的航天飞机可以算半个,因为它的橙色燃料箱在航天飞机接近入轨时被抛弃,没有直接入轨,而且航天飞机也已经退役了。
能源号火箭也是一级半构型
而其它一级或一级半构型的火箭就都是小型火箭了。这样一来,长征五号B就成了世界上现有的唯一的一种一级半的大型运载火箭,货真价实。不过一级半构型虽然有很多优点,却也带来了一些问题,最明显的就是入轨过程中的冲击。长五B芯级的两台YF-77发动机关机时,相当于瞬间撤掉了140吨的推力,这对载荷的冲击还是非常大的。
芯级直接实现入轨
但这绝非外媒口中的“失控”,顶多算是“无控”,因为此时火箭已经完成了它的使命,然后会进行一系列“钝化”操作,排空未用尽的燃料和高压气体,将电池短路以避免爆炸等。由于火箭与载荷分离时会受到一个向后的冲击力,再加上排空燃料的操作,火箭的轨道会迅速降低,经过约10天后就会坠入稠密大气层,不会成为太空垃圾。
此时,虽然火箭的再入不是受控的,却可以通过持续不断地观测来预测其落点。不过,由于长五B的芯级很大,直径达5米,长度超过30米,这样一个大家伙在降轨再入过程中,很有可能会进入旋转状态,增加了落点预测的不确定性。据说预测时间只要偏差1分钟,残骸掉落的位置就将改变约500公里。
也就是说,长五B芯级残骸的最终落点是最初预知的,需要不断观测来修正,其落点不会局限在某个小区域,而是会分布在全球在一定纬度之间的广阔地区,砸到房子或人的概率确实不是0。这么说来,难道外媒所说的是真的?
火箭残骸可能坠落的地区会非常广阔
当然不是!首先需要说明的是长征五号B的残骸砸到人的概率是非常小的。地球上71%的面积是海洋,陆地只占一小部分,长五B有可能坠落的地区就更是如此。因此火箭大概率会落到海里。就算恰好落到了陆地上,也有很大一部分是无人区,砸到人和房子的几率也非常小。
事实上每年都会有火流星坠落在地球上,但流星砸伤人的案例却几乎没有,就是这个原因。况且长五B的芯级是铝合金制成的薄壁结构,而且没有采取像载人飞船那样的隔热设计,在返回大气层后,绝大部分残骸都会被烧毁,能剩下的只有一小部分,伤人的概率就更低了。
火箭再入后绝大部分残骸都将被烧毁
实际上,长五B芯级火箭的再入过程完全符合国际惯例。其它国家发射的火箭,一般也是对第一级的落点预测比较准,或者比较容易进行受控坠落。而对于已经达到或接近第一宇宙速度的入轨级火箭残骸,绝大多数也采用了与长五B一模一样的无控再入方式。
有人肯定会想到SpaceX公司著名的猎鹰9号火箭,它的第一级是可回收的,为什么长五B不学习猎鹰9,实现芯级的回收呢?这个非常难以实现。因为猎鹰9号第一级在分离时的速度和高度都不太高,通过气动减速和发动机反推能够实现回收,但它的第二级也就是入轨级同长五B的芯级一样,其速度已经相当于第一宇宙速度,要想回收需要消耗大量燃料,还要进行隔热设计,代价过大。
猎鹰9号第一级回收
因此猎鹰9号的第二级同样不回收,不过它倒是拥有受控坠落的能力,可以利用未耗尽的燃料进,在合适的时机点火脱离轨道,使其坠落到偏远的海洋中。不过这是有条件的,即在轨道比较低的时候。如果发射的目标轨道特别高,它的第二级同样没有足够的燃料实现受控坠落。
火箭入轨级的速度非常高,难以回收
猎鹰9号第二级的受控坠落能力应该说是一个进步,但也不是每次都好使,也会遇到点火时机不对或无法点火的情况,从而导致残骸坠落到意外的地方。例如在2021年3月,因第二级未按计划点火离轨,猎鹰9号残骸就坠落在了美国华盛顿州的一个农场里。不过这个明显的失误,却被外媒包装为“绚烂的流星”,可见其双标程度。
再回到长征五号B,由于它的芯级尺寸和重量都远超猎鹰9号的第二级,靠剩余燃料实现受控再入将会付出巨大的代价,甚至会大幅降低运载能力。况且长五B的用途很特殊,发射的总次数不会很多,实现受控再入显然得不偿失。
猎鹰9号第二级因未能正确离轨而坠入大气层
前面两次长征五号B火箭的发射,已经证明了残骸再入砸到人的概率极小。长五B遥一的芯级再入地点为非洲西海岸的大西洋海域,遥二的再入地点是印度洋马尔代夫群岛附近的海域,都是落在海里,对地面上的人和财产没有造成任何影响。这一次遥三火箭的再入,大概率与前两次差不多。
不过话又说回来,由于是无控再入,毕竟有砸到人或房屋的可能性,万一出现了这种情况,需不需要进行赔偿呢?确实需要。早在1988年,我国就加入了《外空物体所造成损害的国际责任公约》。该公约第二条明确规定:发射国对其外空物体在地球表面及对飞行中之航空机所造成之损害,应负给付赔偿之绝对责任。
美国的“天空实验室”
所以,如果真的砸到了人或房子,那该赔就得赔。在这方面美国曾经开过一个坏头。1979年美国重达80吨的天空实验室失控坠落,部分碎片落在了澳大利亚小镇埃斯佩兰斯,小镇向美国NASA开出了400美元的罚单,后者却没有给。直到30多年后,加利福尼亚一位电台DJ在查阅了相关的罚款通知后,向听众募集了400美元交给了埃斯佩兰斯人,算是补偿了这个遗憾。
看来,在长征五号B再入大气层这件事上,外媒不仅非常双标,还会选择性遗忘一些事情。
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