4月29日，搭載中國空間站天和核心艙的長征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭,，在我國文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火升空,。史嘯/攝

  長征七號(hào)運(yùn)載火箭飛行狀態(tài)模擬圖，從左至右分別是助推器分離,、整流罩分離等瞬間,。航天科技集團(tuán)中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院供圖

  靴子終于落地了。

  據(jù)中國載人航天工程辦公室消息,，2021年5月9日10時(shí)24分,，長征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭末級(jí)殘骸已再入大氣層，落區(qū)位于東經(jīng)72.47°,、北緯2.65°周邊海域,。經(jīng)監(jiān)測分析，絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀,。

  10天之前,，搭載中國空間站天和核心艙的長征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭，在我國文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火升空,，天和核心艙與火箭成功分離,，進(jìn)入預(yù)定軌道。核心艙就位太空,，但火箭殘骸去哪了,，引發(fā)關(guān)注。

  如今,，在火箭殘骸再入大氣層的當(dāng)天,，中國載人航天工程辦公室接連發(fā)布兩則公告，先是預(yù)告了火箭末級(jí)殘骸再入大氣層的時(shí)間和區(qū)域,，后是公布了再入大氣層的實(shí)際時(shí)間,、區(qū)域，以及監(jiān)測分析情況,。

  近些年,，隨著我國航天發(fā)射任務(wù)日益密集，有關(guān)“火箭殘骸都去哪兒了”的問題備受矚目,。中青報(bào)·中青網(wǎng)記者獨(dú)家對話航天科技集團(tuán)中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院總體設(shè)計(jì)部青年設(shè)計(jì)師錢航,，就相關(guān)問題進(jìn)行了訪談。

  記者：火箭殘骸從哪里來,，又會(huì)到哪里去,？

  錢航：運(yùn)載火箭將衛(wèi)星或飛船發(fā)射送入太空,，正是一個(gè)自我犧牲的過程。

  在火箭飛行過程中,，掉下來的部分稱之為殘骸,。實(shí)際上，火箭殘骸包括很多種類,。按照火箭殘骸的產(chǎn)生流程,，可大致分為如下幾個(gè)部分：

  部分殘骸是在火箭發(fā)射后，幾乎馬上就會(huì)重新返回地面,，甚至在火箭剛開始呼嘯震動(dòng)時(shí),，就開始掉落“殘骸”。這其實(shí)是火箭外部的保溫泡沫或凝結(jié)而成的冰,。

  不過人們常說的殘骸,，更多是指火箭箭體結(jié)構(gòu)的大殘骸，以我國載人航天工程所使用的“神箭”長征二號(hào)F運(yùn)載火箭為例,，該火箭在發(fā)射后幾分鐘內(nèi),，火箭的逃逸塔、助推器,、一級(jí)火箭,、整流罩等重要組成部分，會(huì)相繼按照預(yù)定程序分離,，由于上升的高度不高,，很快就墜落回地面。

  大部分的火箭二級(jí)或三級(jí),，往往會(huì)飛得更高只靠一級(jí)飛行就能實(shí)現(xiàn)有效載荷精確入軌的火箭——長征五號(hào)B的一級(jí),，它們作為末級(jí)要將衛(wèi)星送入軌道，實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)入了太空,。

  以長征五號(hào)B火箭為例,，它的末級(jí)位于低地球軌道上，靠近大氣邊緣的氣體足以造成阻力,，拖曳著火箭末級(jí),，逐漸降低軌道高度，直至再入大氣層,。不過,，不用擔(dān)心這部分火箭造成的威脅，由于火箭殼體為薄壁結(jié)構(gòu),，在很大的再入速度和沒有任何“防護(hù)”措施的條件下,，火箭殘骸通過與大氣劇烈摩擦產(chǎn)生大量的熱，會(huì)在天空中焚燒殆盡,，變成美麗的流星,。

  記者：國內(nèi)外火箭入軌級(jí)殘骸，一般如何處理,？

  錢航：國內(nèi)外火箭末級(jí)均隨有效載荷進(jìn)入軌道,，由于近地軌道高度較低，會(huì)在較短時(shí)間再入,；地球同步轉(zhuǎn)移軌道等高度較高,，再入時(shí)間一般長達(dá)數(shù)十年，甚至不會(huì)再入,。

  火箭末級(jí)與有效載荷分離后,，一般通過鈍化措施避免產(chǎn)生空間碎片，包括排出剩余推進(jìn)劑,、排出高壓氣瓶內(nèi)的氣體,、消耗掉電池的剩余電量等。

  末級(jí)箭體速度達(dá)到或者接近第一宇宙速度,，由于速度和質(zhì)量較大,，除非損失較大運(yùn)載能力，否則難以通過改變速度增量方式實(shí)現(xiàn)殘骸的受控再入,。針對末級(jí)箭體,，主要通過軌道監(jiān)測預(yù)警，及時(shí)規(guī)避,。

  記者：火箭殘骸砸中人的概率高嗎,？

  錢航：從上世紀(jì)70年代到80年代，全球每年約有200個(gè)火箭和衛(wèi)星墜落,，最近每年也有50個(gè)左右,。其中大部分在大氣層燃為灰燼，每年只有極少數(shù)航天飛行器的殘余零部件落到地面,。

  一般來說,，航天飛行器零部件殘骸砸中人的概率是極低的，砸中某個(gè)特定人員的概率,，更是幾十萬億分之一,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于交通事故發(fā)生的概率,。航天飛行器應(yīng)達(dá)到一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),，即，在墜向地球時(shí)砸中地面人員的概率要降至萬分之一以下,。

  記者：火箭殘骸都需要回收或監(jiān)測嗎,？

  錢航：我國三大傳統(tǒng)發(fā)射場——酒泉、太原、西昌都位于內(nèi)陸,，每次發(fā)射前提前設(shè)計(jì)好殘骸落點(diǎn),，通常會(huì)選擇人煙稀少的區(qū)域，有時(shí)根據(jù)需要還會(huì)前往落點(diǎn)回收火箭殘骸,。

  我國的新發(fā)射場——文昌航天發(fā)射場位于海邊,，是我國第一個(gè)濱海發(fā)射場。我國新一代大型中型火箭——長征五號(hào),、長征五號(hào)B,、長征七號(hào)、長征八號(hào)都在這里發(fā)射,。每次發(fā)射這些火箭的殘骸,，直接掉到公海里，不會(huì)造成威脅,。

  設(shè)計(jì)人員會(huì)事先計(jì)算出火箭殘骸落海區(qū)域,，也會(huì)有相關(guān)人員監(jiān)測任務(wù)海區(qū)。

  記者：如何進(jìn)行殘骸回收,，又如何保證落區(qū)安全,？

  錢航：火箭發(fā)射前一周，落區(qū)工作組奔赴落區(qū),。落區(qū)多是偏遠(yuǎn)山區(qū)或大漠戈壁,，地廣人稀、交通不便,。有的地方山高谷深,、重巒疊嶂，有的懸崖峭壁,、流急灘險(xiǎn),，有的黃沙荒漠、連綿不絕,。要是遇上連日陰雨,，出現(xiàn)塌方和滑坡，更是讓落區(qū)回收工作險(xiǎn)象環(huán)生,。

  每到一個(gè)地方,，工作組都要召集當(dāng)?shù)毓病⑾?、林業(yè),、交通、教育等部門召開動(dòng)員部署會(huì),，落區(qū)工作人員通過廣播,、短信,、微信等形式將火箭發(fā)射的消息告訴落區(qū)群眾，搞好宣傳動(dòng)員,。落區(qū)工作人員還會(huì)挨家挨戶進(jìn)行檢查督導(dǎo),，確保宣傳動(dòng)員家喻戶曉、人人皆知,。

  火箭升空前1小時(shí),，落區(qū)上空會(huì)響起防空警報(bào),，工作組將群眾全部疏散到空曠,、開闊的場地，確保落區(qū)群眾生命安全,?；鸺l(fā)射升空后，做好對空觀察,，及時(shí)避讓火箭殘骸,。

  經(jīng)過10多分鐘的等待，火箭殘骸劃過天空,，落入提前計(jì)算出來的預(yù)定區(qū)域,。工作組利用聲音、定位系統(tǒng),、地形圖等預(yù)判落點(diǎn)位置,，并通過前方觀察哨確認(rèn)殘骸具體落點(diǎn)，組織人員看管殘骸現(xiàn)場,?；厥辗株?duì)趕赴殘骸現(xiàn)場，組織技術(shù)人員將殘骸上的火工品和剩余燃料進(jìn)行清理,，然后對殘骸進(jìn)行切割、分解,、回收,。

  記者：如何控制火箭殘骸的墜落？

  錢航：2020年3月9日,，我國用長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射第54顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星,。在此次任務(wù)中，火箭助推器首次驗(yàn)證了基于降落傘的落區(qū)控制技術(shù),。

  當(dāng)長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭將北斗衛(wèi)星送入太空后,，助推器在內(nèi)的火箭殘骸如何處理是發(fā)射任務(wù)中的一個(gè)難題。

  而在此次任務(wù)中,，研制人員給火箭的一個(gè)助推器安裝了多個(gè)降落傘，在墜落過程中先后展開，成功控制了助推器墜落時(shí)的姿態(tài)和方向,。以往助推的落區(qū)范圍大概是30x90公里,，是2700平方公里。通過翼傘來控制它,，落到指定的點(diǎn),，這個(gè)面積會(huì)大幅縮減。

  記者：火箭殘骸能做到全程跟蹤嗎,，多久能找到殘骸,？

  錢航：事實(shí)上,，從提出“傘降控制”方案，到這次成功實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)驗(yàn)證,，已跨越了10多年時(shí)間。難點(diǎn)是“傘怎么打開”,。

  一個(gè)助推器大概有4噸的重量,，它分離的時(shí)候，速度大概是2000多米每秒,，它的姿態(tài)是不受控的,，這種情況下怎么把傘打開，并且打開之后使傘不受破壞,，是比較難的地方。

  要想解決這個(gè)問題,，就需要找到一個(gè)準(zhǔn)確的開傘時(shí)機(jī),，讓助推器的角度、速度和姿態(tài)等指標(biāo),，都能滿足開傘的要求,。為了準(zhǔn)確地抓住這個(gè)時(shí)機(jī)，研制人員在助推器上安裝了一套測量裝置,，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測到助推器的位置和姿態(tài),。

  不僅如此，這套裝置還基于北斗系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜野外山林地區(qū)的精準(zhǔn)定位跟蹤,，研制人員5分鐘內(nèi)就精確知道它的落點(diǎn)位置，相當(dāng)于整個(gè)再入過程是全程跟蹤的,。

  這也是我國首次在火箭發(fā)射任務(wù)中實(shí)現(xiàn)殘骸信息的實(shí)時(shí)接收,、處理和顯示,。根據(jù)定位到的落點(diǎn)位置，研制人員在25分鐘之內(nèi)就找到了火箭殘骸,。而此前完成這項(xiàng)工作短則需要幾個(gè)小時(shí),，長則需要數(shù)月。

  后續(xù),，研制團(tuán)隊(duì)將在前期搭載試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,，繼續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化方案，不斷提升產(chǎn)品的可靠性,，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的批量化,、低成本生產(chǎn)，進(jìn)而大幅提高火箭殘骸的落區(qū)安全性,。

  記者：我國的運(yùn)載火箭,，未來能否做到重復(fù)使用,？

  錢航：2019年,，長征二號(hào)丙火箭成功把3顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，另外還“低調(diào)地”取得了一項(xiàng)成果,，就是實(shí)現(xiàn)了子級(jí)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)。

  這個(gè)黑科技又叫“基于柵格舵的落區(qū)精確控制技術(shù)”,。雖然我國運(yùn)載火箭是首次運(yùn)用這種技術(shù)，但仍獲得了試驗(yàn)的成功,，因此成為世界上第二個(gè)掌握這種技術(shù)的國家,。

  近年來，中國運(yùn)載火箭發(fā)射呈現(xiàn)高強(qiáng)度,、高密度的態(tài)勢,，僅2020年就發(fā)射了39次，平均每月3次之多,。因此火箭殘骸降落帶來的安全問題,，越來越受人們關(guān)注。按照慣例,，火箭在發(fā)射前會(huì)事先劃出一個(gè)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)，一般長寬約數(shù)十公里的范圍,。由此可見,，在“柵格舵控制技術(shù)”出現(xiàn)之前，火箭殘骸降落的區(qū)域范圍很大,，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了子級(jí)火箭的精確落地,，將火箭殘骸降落的區(qū)域范圍控制在極小范圍內(nèi),，極大減輕了落區(qū)工作人員避險(xiǎn)和搜救的工作量。

  航天器的回收技術(shù)早已成熟,，如今連火箭助推器的殘骸都能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)回收,。這種技術(shù)讓運(yùn)載火箭在未來重復(fù)使用成為可能，除了符合綠色環(huán)保的時(shí)代要求,，也讓航天發(fā)射的最后一個(gè)高危環(huán)節(jié)得到了有效管控,。

  中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來源：中國青年報(bào) （ 2021年05月11日 12 版）