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在火箭發(fā)射的過程中，我們經(jīng)常能聽到“分離”這個詞，比如“助推器分離”“整流罩分離”“船艦分離”，等等。一枚火箭造價不菲，為什么又會在發(fā)射過程中“分離”出許多結(jié)構(gòu)呢？今天，我們就來聊一聊火箭“分離”的秘密。 3月20日8時31分，探月工程四期鵲橋二號中繼星由長征八號遙三運(yùn)載火箭在中國文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射升空。新華社圖片火箭越飛越快的秘密其實(shí)，火箭在升空過程中分離部分結(jié)構(gòu)也是“不得已而為之”。要實(shí)現(xiàn)宇宙航行，火箭的速度至少要達(dá)到第一宇宙速度，即每秒7.91千米。讓我們先做一個假設(shè)。如果把巨大的運(yùn)載火箭做成單級，那么，全部推進(jìn)劑只能貯存在這一級火箭的貯箱內(nèi)。這樣，不但要增加貯箱的容積，還要因?yàn)槌惺芡七M(jìn)劑增多而加厚貯箱箱壁，進(jìn)而導(dǎo)致貯箱重量增加?；鸺w行過程中，貯箱會越來越空。空出的貯箱殼體成為無用的質(zhì)量，而推進(jìn)劑釋放出來的能量不僅要加速衛(wèi)星或飛船，還要加速這部分無用的空貯箱。貯箱越重，加速空貯箱所耗費(fèi)的推進(jìn)劑就越多。這樣會導(dǎo)致火箭最終無法達(dá)到第一宇宙速度。對此，早在1903年，俄國火箭專家齊奧爾科夫斯基就提出了一個著名的“理想火箭方程”。他推導(dǎo)出：提高火箭的輸送能力，要么提高推進(jìn)劑的能量，要么減輕火箭的結(jié)構(gòu)重量。齊奧爾科夫斯基提出，可以建造“用完一級扔一級”的多級火箭，同時實(shí)現(xiàn)這兩個目的。而這一設(shè)想，已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。從20世紀(jì)開始，為了能讓火箭順利升空，各國大多采用多級火箭。多級火箭由很多“節(jié)”組成，每一“節(jié)”都是一個單級火箭，它們有自己的發(fā)動機(jī)、推進(jìn)劑、控制系統(tǒng)和伺服機(jī)構(gòu)。這些單級火箭串聯(lián)或并聯(lián)起來，就組成了多級火箭。不論是中國的長征二號F運(yùn)載火箭，還是美國的戰(zhàn)神火箭、歐洲的阿麗亞娜火箭，世界上許多國家的火箭，大多采用三級結(jié)構(gòu)。第一級點(diǎn)火后，推動火箭升到一定高度。燃料燒盡后，火箭的第一級脫落，與此同時，第二級開始點(diǎn)火。這樣，火箭燒完一級就脫落一級，越飛越輕，速度也越來越快，直至沖出大氣層，飛向太空。那么，火箭的級數(shù)是不是越多越好呢？并不是這樣的。火箭級數(shù)越多，需要連接和分離的結(jié)構(gòu)就越多，這樣會增加火箭結(jié)構(gòu)質(zhì)量并降低其可靠性。而且火箭分級超過一定的次數(shù)后，對于提高速度的作用就越來越不明顯。因此，目前火箭大多不會超過四級。分離全靠空中“爆炸” 火箭的每一次空中分離，都靠“爆炸”實(shí)現(xiàn)。所謂“爆炸”，是指爆炸螺栓內(nèi)部裝填炸藥，工作時會發(fā)生爆炸并炸斷螺栓，使連接斷開從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)結(jié)構(gòu)分離的過程。以長征二號F運(yùn)載火箭為例，在飛行時，它要先后實(shí)現(xiàn)逃逸塔分離、助推器分離、級間分離、整流罩分離和船箭分離等幾個步驟。逃逸塔分離——逃逸塔在火箭的最前部。它的作用是，在起飛前900秒到起飛后的160秒之間，如果發(fā)生意外，就可以帶著火箭的返回艙和軌道艙脫離，從而幫助航天員迅速逃離險境。助推器分離——助推器是一種小型火箭發(fā)動機(jī)，它的作用是使火箭迅速飛離發(fā)射器并加速到預(yù)定的發(fā)射速度。長征二號F運(yùn)載火箭上捆綁著4個助推器，每個助推器與一子級之間有前、后兩個連接點(diǎn)。當(dāng)助推器接到分離指令，助推器上的分離小火箭先點(diǎn)火，隨后，爆炸螺栓和藥圈組件同時引爆，使前、后連接點(diǎn)斷開解鎖，4個助推器借助分離火箭的推力離開火箭。級間分離——級間分離的作用是，拋掉推進(jìn)劑耗盡的下面級，以確保剩余部分能夠以更高的效率繼續(xù)加速升空。長征二號F運(yùn)載火箭在實(shí)現(xiàn)級間分離時，控制系統(tǒng)同時發(fā)出一、二級分離和二級發(fā)動機(jī)點(diǎn)火指令，級間分離面上的爆炸螺栓同時引爆，使級間連接解除，已點(diǎn)火的二級發(fā)動機(jī)推動火箭加速向前飛行。此時，二級發(fā)動機(jī)噴出的高速燃?xì)饬鲊娚湓谝患壯趸瘎┫淝暗咨?，一級火箭飛行速度隨之降低并逐漸離開火箭。整流罩分離——在火箭發(fā)射過程中，為了保護(hù)飛船不受外界環(huán)境侵害和降低空氣阻力，火箭設(shè)計(jì)師為它套上了一個“罩子”，即整流罩。然而，火箭進(jìn)入大氣層后，整流罩會劇烈振動，并給火箭施加額外的阻力。這時候，就不得不分離整流罩以提高火箭的運(yùn)行效率。整流罩與箭體的分離過程，也叫拋罩過程。整流罩有一個橫向分離面和一個縱向分離面?；鸺w行一段時間后，整流罩橫向分離面上的爆炸螺栓起爆，橫向分離面被解鎖。隨后，整流罩的縱向分離面通過機(jī)械鎖解除連接。此時，整流罩縱向分離面兩側(cè)的壓縮分離彈簧向外推動兩個半罩，使它們繞著橫向分離面上的掛鉤式鉸鏈旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)到一定角度時掛鉤式鉸鏈自動脫鉤，兩個半罩就會向外側(cè)拋出。船箭分離——當(dāng)火箭的最后一級將飛船送入預(yù)定軌道后，火箭的使命已基本完成。為了使飛船能夠獨(dú)立在軌道上運(yùn)行，確?；鸺淖詈笠患壊粚︼w船產(chǎn)生影響，需要將飛船與運(yùn)載火箭進(jìn)行分離。船箭分離系統(tǒng)由船箭鎖緊裝置、壓縮分離彈簧、反推火箭和側(cè)推火箭組成。分離時，控制系統(tǒng)發(fā)出分離指令，船箭鎖緊裝置的2個爆炸螺栓同時引爆，包帶兩端解鎖，船箭分離面解鎖。24根系留彈簧立刻將兩條包帶拉到飛船支架上，再由4組限位彈簧限制包帶橫向運(yùn)動，防止包帶碰撞飛船。與此同時，4組壓縮分離彈簧推動飛船加速離開二子級箭體，而二子級上的反推火箭和側(cè)推火箭則會減慢二子級箭體的飛行速度，并將它推離飛船軌道，以保證飛船與二子級箭體之間的安全分離。在一系列復(fù)雜的“爆炸”后，飛船就可以順利達(dá)到第一宇宙速度，飛離地球，沖向太空。火箭助推器分離示意圖。資料圖片掉落的殘骸何去何從通常情況下，火箭在發(fā)射過程中被分離出來的結(jié)構(gòu)，會根據(jù)其重量、速度和高度等，分別掉落到發(fā)射臺附近、墜落區(qū)和大氣層這三個地方。在火箭發(fā)射時，有細(xì)心的觀眾會發(fā)現(xiàn)火箭在剛剛呼嘯震動時就開始“掉渣”。這些主要是火箭外部的保溫泡沫，在火箭發(fā)射時，會掉到發(fā)射臺附近。當(dāng)然，這些保溫泡沫并不會對地面造成太大的影響。火箭發(fā)射后幾分鐘內(nèi)，火箭的逃逸塔、助推器、一級火箭、整流罩等重要組成部分，會相繼分離。由于再入速度相對較低，有些殘骸會回到地面預(yù)定范圍內(nèi)。近年來，火箭發(fā)射頻次越來越高?；鸺龤埡〗德鋷淼陌踩珕栴}，也越來越受人們關(guān)注。按照慣例，火箭在發(fā)射前會事先劃出一個供火箭殘骸降落的地區(qū)，基本都是選擇一些人煙稀少的地區(qū)，一般長寬約十公里的范圍?；鸺龤埡〉袈浜?，會由專人進(jìn)行回收處理。 2019年，長征二號丙火箭成功把3顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。這次發(fā)射還取得了一項(xiàng)成果，即實(shí)現(xiàn)了子級火箭的精確落地。簡單來說，就是讓火箭的殘骸精確降落在預(yù)定的地點(diǎn)。這項(xiàng)科技又叫“基于柵格舵的落區(qū)精確控制技術(shù)”。這次試驗(yàn)的成功，讓中國成為世界上第二個掌握這種技術(shù)的國家?！皷鸥穸婵刂萍夹g(shù)”出現(xiàn)后，火箭殘骸降落的區(qū)域范圍可以控制在極小范圍內(nèi)，極大減輕了落區(qū)工作人員避險和搜救的工作量。也許會有人擔(dān)心，火箭殘骸掉落下來會不會砸傷人？事實(shí)上，從20世紀(jì)70年代到現(xiàn)在，每年約有幾百枚火箭的殘骸掉落，但至今從未發(fā)生過一起傷人事件。火箭砸傷人的概率，要遠(yuǎn)低于被隕石砸中。火箭的一些部分，如二級或三級火箭，會飛得更高。當(dāng)它們完成任務(wù)后，由于大氣層邊緣附近的氣體足以引起阻力，一部分殘骸會逐漸降低軌道高度，直到重新進(jìn)入大氣層。在大氣層中，這些部分會因?yàn)槟Σ炼紵?，形成流星般的景象，最終化為灰燼。當(dāng)然還有一部分火箭子級，會停留在地球軌道上，變成“太空垃圾”。為了避免火箭殘骸占用有限的軌道資源、影響太空環(huán)境，我國的火箭設(shè)計(jì)師們會通過受控離軌的方式進(jìn)行處理。即利用火箭子級剩余燃料和部分發(fā)動機(jī)控制箭體脫離原本的運(yùn)行軌道，向地球靠攏，最終在進(jìn)入大氣層的過程中焚毀殆盡。近年來，隨著航天科技的不斷發(fā)展，航天器的回收技術(shù)日益成熟。這種技術(shù)讓運(yùn)載火箭在未來重復(fù)使用成為可能?？芍貜?fù)使用火箭是未來太空探索的重要發(fā)展方向之一，具有低成本、高效率、更加綠色環(huán)保等優(yōu)勢。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，還有許多技術(shù)難題等待攻克?！?月29日《解放軍報》11版作者丨郎子聰解放軍報記者王凌碩來源丨解放軍報、學(xué)習(xí)軍團(tuán)（ID：xuexijuntuan）監(jiān)制丨歐燦　侯大偉編審丨劉建偉　嚴(yán)珊　錢宗陽責(zé)編丨周舟　李辰舉報/反饋

近日，探月工程四期鵲橋二號中繼星在中國文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射升空。長征八號遙三運(yùn)載火箭飛行24分鐘后，星箭分離，將鵲橋二號中繼星送入預(yù)定地月轉(zhuǎn)移軌道。

近日，探月工程四期鵲橋二號中繼星在中國文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射升空。長征八號遙三運(yùn)載火箭飛行24分鐘后，星箭分離，將鵲橋二號中繼星送入預(yù)定地月轉(zhuǎn)移軌道。

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近日，探月工程四期鵲橋二號中繼星在中國文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射升空。長征八號遙三運(yùn)載火箭飛行24分鐘后，星箭分離，將鵲橋二號中繼星送入預(yù)定地月轉(zhuǎn)移軌道。

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