火箭是人類探索外太空的重要工具,有了它我們才能將各種氣象、遙感、導航、軍事、科學衛星,甚至是人類送入太空。

火箭其實就是一個大型穿天猴,但是我們玩過的竄天猴只能飛個十來米,而火箭要將數噸、甚至數十噸的有效載荷準確的送入數百公里高的預定軌道;

它們所攜帶的燃料類型、數量、體積、以及製造技術的複雜程度根本不在一個檔次上。

不過原理基本相同,都是通過在短時間內向相反的方向釋放化學燃料燃燒的能量,來爲自身提供克服地球引力和大氣的力,一飛沖天。

一個典型的火箭重量通常都在數千噸,而且結構非常複雜,包含的部件非常多,但是對我們唯一有用處的只是它頭部搭載的衛星、或者是探測器、載人艙、貨運飛船等等。

它們的重量一般只能佔到火箭總重量的1%-1.5%,有效載荷佔比非常低,就拿人類歷史上最大的火箭土星5號爲例;

它的總量達到了3000多噸,其中火箭一級燃料加發動機加外殼就重達2200多噸,燃料自身的重量佔了火箭總重的90%以上,而阿波羅飛船卻只有45噸,這就相當於一頭牛隻能駝得動一袋麪粉。

這足以見得飛出地球有多難,而在火箭點火的那一刻,整個火箭的絕大部分都將變爲無用“殘骸”,它們都是衛星的嫁衣,這也可以看出來發射一次任務有多麼的奢侈。

問題是這些殘骸在後續任務中要如何處理?

火箭的殘骸主要分爲三種:短時間內直接落後地面的部分;短期內在地球軌道運行後再入地球大氣層的部分;永久停留在太空中,變爲宇宙塵埃的部分。

短時間落回地球

在火箭點火以後,我們就能看見火箭就已經在往下灑落“殘骸”了,這其實是衛星外層的保溫泡沫。它對地面的人員和設施沒有危害。

在火箭升空以後的三分鐘內,我們就會聽到推進器分離、一級火箭分離、整流罩分離。

由於這時火箭所處的位置大約在100公里的高度,而且這時火箭的速度遠低於能夠繞地球軌道運行的第一宇宙速度。

因此在發射後3分鐘左右火箭拋下的所有東西都會在短短的數十分鐘內砸向地面,並且不會與地球大氣摩擦消耗。

再加上火箭的設計都是下面大,上面小,燃料以及主要的發動機部分都集中在一級火箭和助推器上。這就造成了直接砸向地面的部分重量大、價格昂貴、危險性大。

所以說關於這一部分的回收工作一直是人類最爲頭疼的,火箭在分離以後研究人員會根據其分離時的高度、飛行狀態、分離時間、以及當天的氣象情況,預測出這些殘骸降落的大致區域。

然後在這些區域事先佈置回收人員,通過定位、聲音來確定殘骸墜落的位置,進行回收工作。

一般情況下研究人員都能準確的估計出殘骸降落的範圍,但是由於不可控的因素比較多,這個範圍也比較大,大致爲70*30公里。

像是我國內陸的三個發射場地,它們都建在偏遠的地方,爲的就是防止這些東西墜落時傷及到地面上的建築和人員。

而這些發射場的火箭殘骸落區通常也都分佈在山區、沙漠戈壁、人煙稀少的地方,是不會涉及到人員密集的區域。這就是爲什麼全世界每年發射這麼多火箭,從來都沒聽說過火箭墜毀造成嚴重破壞的事故。

總的來說火箭殘骸傷人這個幾率非常小,如果預計的落區可能會涉及到有人居住的地方,那麼在發射前都會進行通知疏散。

但現在隨着我國發射任務的密集,再加上火箭殘骸降落的不可控性,就難免出現跟預計的落區有偏差的情況,不過所幸都沒有造成人員傷亡。

而在沿海地區的發射場,如海南文昌就不存在這樣的問題,所有的東西都會落入大海,索性也不用進行回收了。

短期內在地球軌道運行後再入地球大氣層的部分

等以上的所有部分都分離以後,接下來就是火箭二級分離或者是星箭分離,這時火箭就已經達到了至少200公里的高空,而且火箭的速度也已經達到了能夠繞地球軌道運行的速度了。

分離以後,這部分的殘骸會繼續繞着地球飛行,但是由於高度較低,大氣的阻力會讓殘骸逐漸降低速度,軌道衰減,在數天或者數個月後以非常高的速度再入地球大氣層。

不過這部分的殘骸不用擔心,因爲它的初始速度非常高,而火箭本身又沒有像宇航員乘坐的返回艙有耐高溫、以及隔熱的材料。

因此它會在地球大氣中被燃燒殆盡,像一顆流星一樣劃過天空。

就算是有部分微小的碎片有幸存活,本身這個幾率就非常小,而且要讓他砸到人也估計比出門被閃電擊中的概率還要低。

所以全世界發展航空已經60年過去了,從來沒有一個人被火箭殘骸從太空中飛向地面砸中。

永久停留在太空中,變爲宇宙塵埃的部分

上面說的是地球近地軌道,如果要想將衛星送入更高的軌道,例如地球同步軌道、太陽同步轉移軌道,那麼這部分火箭殘骸就無法再落回地面了,它會一直在太空中繞着地球運行;

成爲一顆人造垃圾、宇宙塵埃。但是這部分殘骸雖然不會威脅地球人類,但是會威脅到地球軌道上的衛星。

如果剩餘的燃料在太空中發生爆炸導致整個火箭殘骸被解體爲微小的碎片,那麼這對正在地球上運行的衛星來說將是一個災難,也會成爲未來人類進入太空的障礙。

因此這部分火箭殘骸,人們會讓它繼續飛行,將燃料耗盡,以把它推向更高、更遠的軌道。離地球越遠越好。

除了這些火箭殘骸以外,人類之前發射的很多衛星有些都已經達到了服務年限,有些都已經報廢,它們從成爲太空垃圾,雖說暫時不會影響人類後續的任務。

但是長此以往,總有一天人類會被自己製造的垃圾困在地球上。所以我們正在研究如何捕獲這些太空垃圾,讓它們重新返回大氣層燃燒。

清除太空垃圾這項任務,雖然提出了很多的設想,但短期內是無法實現的。

火箭回收再利用

着眼於我們現在的能力,能夠回收的正是那些價格昂貴、對人類危害比較大的殘骸,助推器和一級火箭,這方面一馬當先、做的比較好的當屬馬斯克的SpaceX公司。

已經實現了一級火箭依靠反推平穩着陸。

我國在火箭回收上也處在領先水平,之前採用過在助推器、一級火箭尾部安裝柵格舵,來控制火箭返回時的飛行狀態,大大減小了落區的範圍。

還採用過安裝降落傘精準回收的方式,爲我國的火箭回收技術積累了寶貴的經驗。

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