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美國獵鷹9號火箭可回收 長征五號「失控」墜毀,中美箭真是技術差距大? 原來只是蘋果和橙比較

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美國獵鷹9號火箭可回收 長征五號「失控」墜毀,中美箭真是技術差距大? 原來只是蘋果和橙比較
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美國獵鷹9號火箭可回收 長征五號「失控」墜毀,中美箭真是技術差距大? 原來只是蘋果和橙比較

2021年05月09日 09:30 最後更新:09:31

西方炒作搭載太空站的長征5號B會「失控」墜毀。而馬斯克迷們時常津津樂道話美國SpaceX的獵鷹9號火箭可垂直回收,並且是穩穩著陸於汪洋大海中的一葉「方舟」上,不僅如此,其中的一枚火箭竟然回收併發射了9次。於是大呼曰:「馬斯克代表未來!」

反觀中國的長征5號B火箭,雖說比獵鷹9號腰圍大了一圈,但運載能力差不多,更重要的是長征5 B是一次性,用完即棄,「實在是浪費」。每當說到這裡,「馬斯克迷」們無不充滿嫌棄。

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長征5號(左)與回收的獵鷹9號(右)。

長征5號(左)與回收的獵鷹9號(右)。

獵鷹9號一級火箭空中減速,和第二級的太空船分離。

獵鷹9號一級火箭空中減速,和第二級的太空船分離。

中國空間站天和核心艙從海南文昌成功發射後,被譽為天和核心艙「同胞兄弟」的1:1結構驗證件實物,在北京中國科技館亮相展出。中新社圖片

中國空間站天和核心艙從海南文昌成功發射後,被譽為天和核心艙「同胞兄弟」的1:1結構驗證件實物,在北京中國科技館亮相展出。中新社圖片

獵鷹9號第二級分解掉落西雅圖。

獵鷹9號第二級分解掉落西雅圖。

長征5號B火箭是巨大的。

長征5號B火箭是巨大的。

長征5號(左)與回收的獵鷹9號(右)。

長征5號(左)與回收的獵鷹9號(右)。

網易有科普文章,詳細比較兩種火箭的不同。文章認為第一點需要糾正的是:長征五5號B火箭的近地軌道(LEO)運載能力官宣是「大於22噸」,它將22.5噸推到近地軌道沒有問題;獵鷹9號LEO運載數據卻有兩個——不回收火箭時22.8噸,如果想回收一級火箭到著陸平台(ASDS),則最多只能運15.6噸,少了7.2噸。

單從最大荷載來看,獵鷹9號理論上也可以將22.5噸重的中國太空站「天和」核心艙送上天,當然它無法回收火箭。但是考慮到「天和」核心艙帶整流罩後的高度達20.5米、直徑5.2米、重量達到27.5噸,對於獵鷹火箭來說太大太重,再要想用回收一級火箭把它送上太空是沒有可能的。

為什麼獵鷹9號運載能力會變小?因為它回收一級火箭是以消耗燃料為代價的,這些燃料抵消了荷載重量,因此產生了7.2噸的荷載差距。

獵鷹9號一級火箭空中減速,和第二級的太空船分離。

獵鷹9號一級火箭空中減速,和第二級的太空船分離。

其實獵鷹9號火箭更像是一枚加長版長征5號助推器,二者都是燒液氧煤油,直徑相仿,點火助推時間都是170秒左右。長征5號火箭大約在220秒左右飛出大氣層拋整流罩,獵鷹火箭第一級則需要在大氣層內就脫離返回。

根據任務的不同,獵鷹9號一級發動機關機並與二級火箭分離的高度大約在65~76公里之間,未出大氣層;末速度約4.9~6.8馬赫,這個速度與23馬赫的第一宇宙速度相去甚遠。

我們發射衛星、飛船和空間站等航天器,首先需要將它們送出稠密的大氣層,同時賦予它7.9公里/秒的初速度,這樣才能保證航天器長時間穩定運行的需要。從這個角度看,獵鷹9號火箭的第一級無論從高度還是速度方面都無法滿足要求,它從設計時就沒有考慮要飛出大氣層。

與包括獵鷹9號在內的大多數運載火箭不同,長征5號B是「一級半」構型的火箭,它的4枚助推器加起來算「半級」,在大氣層內脫落;芯一級火箭不僅需要將天宮太空站核心艙推出大氣層,送到200-400公里高度的軌道上,還需要給核心艙一個7.9公里/秒的初速度,確保它不掉下來。

中國空間站天和核心艙從海南文昌成功發射後,被譽為天和核心艙「同胞兄弟」的1:1結構驗證件實物,在北京中國科技館亮相展出。中新社圖片

中國空間站天和核心艙從海南文昌成功發射後,被譽為天和核心艙「同胞兄弟」的1:1結構驗證件實物,在北京中國科技館亮相展出。中新社圖片

於是當火箭與核心艙分離的時刻,長征5號的芯一級實際上也跟在「天和」號核心艙的屁股後面,成為一個環繞地球飛行的航天器了。

許多朋友都知道地球大氣層100公里高度有一個「卡門線」,這裡被稱為大氣層的邊界,於是都說地球大氣層的厚度是100公里。需要說明一點:大氣層其實並沒有明確「邊界」,我們經常稱之為太空的400公里高度實際上屬於大氣層「熱層」,這裡依然有稀薄的空氣,因此也存在空氣阻力。在空氣阻力作用下,太空站不斷減速,若不自行推進,每天會往下掉100米。

中國的太空站圍繞地球運轉時,會因為地球引力影響軌道高度,此時需要發動機消耗額外推進劑來抬升軌道。中國太空站配備額外配備4台霍爾電推進系統,可有效節省核心艙自帶推進劑的消耗。

長征5號火箭在關機後,同樣因為空氣阻力的作用,也會不斷下降高度,它不再有推進動力。2021年3月26日凌晨,一群燃燒的火球劃破美國西雅圖的夜空,這是獵鷹9火箭第二級掉落的殘骸。按計劃,SpaceX這枝回收火箭應該利用火箭剩餘的燃料減速,讓二級火箭在3月4號重返大氣層,火箭因為點火失敗在軌道上多漂了22天,最後失控落在了華盛頓州。美國的火箭是會失控掉落的,因為它的計劃是回收,不能回收是失控的結果。

獵鷹9號第二級分解掉落西雅圖。

獵鷹9號第二級分解掉落西雅圖。

那麼長征5號B的芯一級火箭果真也是像西方媒體描述的那樣是「失控火箭」嗎?長征5號B和「天和」核心艙的發射時間是4月29日,長征5號B重返大氣層的時間是5月9日前後,總共才9天多時間,按自然軌跡沒有那麼快掉落,因此我們可以下結論:長征五5號芯一級火箭在與「天和」核心艙分離後利用剩餘燃料「踩了一腳剎車」,所以提早返回,它的返回軌道是科學家們已經計劃好了的,是「受控墜落」而非「失控殘骸」。

那麼,讓一枚巨大的火箭從近地軌道受控降落在指定區域的難度到底有多大?到目前為止沒人能做到,也沒必要做這件事情。

SpaceX為了節省發射成本,讓它的獵鷹9火箭第一級受控降落在海面移動躉船上,這不僅需要精確控制技術,還需要付出7噸荷載的代價,你也可以將它理解為大馬拉小車付出的「成本」。獵鷹9號一級火箭無論從高度還是速度都比較低,如果從大氣層外以23馬赫的高速度返回,其難度要高出幾個數量級,在經濟上也是不化算的。正因為如此,SpaceX在2014年就正式宣佈放棄二級火箭的回收計劃,改為「受控墜落」(只回收一級火箭)。一個4噸重的助推器尚且如此,更不用說全程控制一枚18噸火箭要回收,要付出多大代價了。

長征5號B火箭是巨大的。

長征5號B火箭是巨大的。

火箭再入大氣層時,由於與空氣劇烈擠壓摩擦產生幾千度高溫,它的鋁合金殼體以及復合材料燃料箱會燃燒並解體,裂成碎片、化作塵埃。與太空站不同,火箭的零件大多又薄又輕,因此即便有少量掉到地面上,也不會構成大的傷害。長征五5號B的殘骸墜落軌跡經過反復計算,它的落區大概率位於海洋,砸中人的概率可以忽略不計,我們大可不必擔心。




深喉

** 博客文章文責自負,不代表本公司立場 **

最近中國和英國BBC鬧得不太愉快,去年一條BBC訪問阿塞拜疆總統的影片就在網上瘋傳。

去年9月底至11月初,阿塞拜疆(Azerbaijan)和亞美尼亞(Armenia)正開戰,爭奪納哥諾卡拉巴克(Nagorno-Karabakh)周邊地區的控制權。

阿塞拜疆總統阿利耶夫(Ilham Aliyev)指,他的部隊將贏得正在進行的納戈爾諾-卡拉巴赫戰爭的勝利,並說亞美尼亞的「妥協機會正在減少」。在國際上,普遍承認該地區是阿塞拜疆的一部分,但該地區當時由亞美尼亞政府支持的亞美尼亞族人所統治。阿塞拜疆阿利耶夫總統說,他認為沒有可能與亞美尼亞總理尼科爾-帕希尼揚(Nikol Pashiyan)實現和平。

阿塞拜疆總統阿利耶夫受BBC女記者蓋林採訪。

阿塞拜疆總統阿利耶夫受BBC女記者蓋林採訪。

去年11月,阿利耶夫接受英國廣播公司(BBC)的女記者奧拉-蓋林(Orla Guerin) 採訪。在訪問中,蓋林指責總統阿利耶夫在阿塞拜疆沒有自由媒體。阿利耶夫總統叫BBC照吓鏡,向這位女記者詢問維基解密創辦人阿桑奇(Julian Assange)在英國被囚禁的情況。

BBC女記者蓋林。

BBC女記者蓋林。

蓋林初時有點迴避,沒有回答,想叫阿利耶夫回到原來她問的問題。阿利耶夫繼續追問阿桑奇的情況。

蓋林唯有反駁話,這話題不是她提出的,不是訪問的主題。阿利耶夫再反駁話,是你講起新聞自由,這正是訪問的主題。

阿利耶夫鍥而不捨追問蓋林。

阿利耶夫鍥而不捨追問蓋林。

阿利耶夫鍥而不捨的追問,令蓋林不知如何應對,相當尷尬。

49歳的阿桑奇是澳洲記者,是洩密網站維基解密創辦人,維基解密公布了大量機密檔案,包括關於美國部隊在伊拉克與阿富汗的行徑、發生在肯尼亞的法外處決、在象牙海岸的有毒廢物傾倒事件的檔案等。

阿桑奇目前仍在英國囚禁。

阿桑奇目前仍在英國囚禁。

美國以間諜罪指控阿桑奇,瑞典亦以強姦罪起訴阿桑奇。2012年6月19日,身在倫敦的阿桑奇可能被英國引渡回瑞典。阿桑奇在保釋期間進入厄瓜多駐倫敦大使館尋求政治庇護,同年8月,阿桑奇獲厄瓜多政府政治庇護,之後在大使館居住近7年。但在2019年4月4日,厄瓜多爾和英國講掂數,將阿桑奇以醜聞為藉口驅逐,2019年4月11日,英國倫敦警方稱獲厄瓜多駐倫敦大使館人員批准,進入大使館內拘捕阿桑奇,並一直將他囚禁。

而阿塞拜疆-亞美尼亞戰爭的歷史由來已久。在1917年俄國革命後,阿塞拜疆-亞美尼亞戰爭開始,發生在1918年,以及1920至1922年。土耳其的鄂圖曼帝國和大英帝國也以不同立場介入。其後鄂圖曼人在穆德洛斯停戰協定後離開了該地區,但英國人一直保持影響直到1920年代鄧斯特部隊(Dunsterforce)被迫撤離。直到現在,衝突仍有繼續。

阿塞拜疆的納哥諾卡拉巴克地區以亞美尼亞人為主要民族,目前由亞美尼亞支持的阿爾察赫共和國實際控制,但國際上普遍承認為亞塞拜然的領土。為爭奪這一地區,雙方於1988年2月至1994年5月之間曾爆發過納哥諾卡拉巴克戰爭。2020年9月27日至11月10日再度爆發戰爭,結果 阿塞拜疆勝利。亞美尼亞軍隊在12月1日前撤出亞美尼亞控制的納哥諾卡拉巴克周邊地區,阿塞拜然控制了5個城市、4個鎮、286個村莊,並完全控制阿塞拜疆-伊朗邊境。

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