背锅、填坑、救火……那款火箭为应急发射而生

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  出品:科普中国

  靠近赤道提高发射能力新卫星发射中心选址海南

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资料图:俄罗运载运载火箭发射

  作者:矛隼工作室

  借力腾空

  新华网专稿 (新华军事评论员
郑文浩)人类的航天时代,一般认为是从苏联发射第一颗人造卫星开始。苏联在当时首次发射人造卫星“Sputnik”以及进行首次载人航天,极大地震动了美国,以至于到现在美国还有一个词叫做“Sputnik
moment”或者“Sputnik
Time”来形容美国在航天等高科技领域被别国赶超的尴尬时刻。

  监制:光明网科普事业部

  全国政协委员、神舟飞船首任总设计师戚发轫两会期间接受采访时表示,长征5号运载火箭预计2014年首发,将为我国未来空间站的建设和探月工程三期提供运力保障。

  冷战美苏两国对高边疆的争夺,直接导致了第一个人类航天高密度发射时代的到来。1960年,全球航天发射总共不到30次;但是到了1962年就攀升到了80次左右;1967年,这个数字又达到了创纪录的139次。直到现在,这个记录仍然没有被打破。从1967年到1990年,全球航天发射次数基本保持在120次左右浮动,而其中主要参与者当然是美国和苏联。在这个时期,众多的大型航天工程相继上马,例如美国“阿波罗”登月工程、“天空实验室”空间站、航天飞机;苏联的“礼炮”空间站、“和平”空间站;同时美苏两国还向外太空及其他太阳系行星发射卫星以进行深空探测等等。当然,由于航天发射的高风险和高成本,冷战结束后航天发射的次数明显降低,基本在每年在60到80次左右。

  火箭发射可不是个简单的活计,光是准备工作,浪费的时间就多的惊人。别的不说,就前些日子的FH重型猎鹰,发射准备工作持续了个把月。而对于一些比较急的发射任务,像拯救飞行员,维修航天器,补射损毁卫星,自然是不能靠这些准备缓慢的重型火箭,还得靠一些“旁门左道”。

  法晚记者获悉,目前,承载发射任务的海南文昌发射场各主要工程项目已全部开工,测发、测控、通信等参试设备研制整体进入攻坚阶段,有望于2013年建成并投入使用。

  在当时的美苏“太空竞赛”中,其发射密度之高令今天的我们叹为观止。根据有限的资料,我们可以截取一个历史片段来回顾当时你追我赶的景象。以1971年为例,苏联拜科努尔航天中心,从4月19日到5月28日,相继发射礼炮-1空间站、联盟-10号飞船、“宇宙-419”侦察卫星、火星-2号探测器、火星-3号探测器。从实际的时间来看,这五次发射平均间隔在一周左右。而同年美国从7月16日到8月27日,相继在范登堡空军基地和肯尼迪宇航中心,发射了一艘阿波罗-15号登月飞船和多颗卫星,其中范登堡基地在8月7日,进行了“一箭九星”的发射,紧接着5天后又发射了一颗间谍卫星。

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  文昌卫星发射基地是我国第四座卫星发射基地,也是我国纬度最低的发射基地,该基地投入使用后,将进一步提高我国卫星发射能力,并且增强我国在国际卫星发射市场的竞争力。

  我们可以明显的看出,这一阶段美苏两国不但进行着登月和太空站建设这样的大规模航天工程,而且还要兼顾军用卫星的发射工作,这对火箭和航天器的质量
,对整个航天测控系统的要求,都提出了非常高的标准。而这种高密度的发射,风险也同样在所难免。以苏联的发射为例,礼炮-1空间站和联盟-10号飞船的火箭发射都没有任何问题,准确进入轨道,但苏联人没想到的是礼炮-1空间站的对接舱门会出现问题,等3天后联盟-10号飞船搭载宇航员进入太空准备对接的时候,才发现这个故障导致对接失败,宇航员不得不放弃任务返回地球。“宇宙-419”侦察卫星则是由于火箭的问题没有进入轨道。至于说火星-2号探测器、火星-3号探测器,他们都准确抵达了火星轨道并向火星表面释放了探测着陆器。但不幸的是,火星-2号的着陆器直接坠毁,火星-3号的着陆器则在着陆后失去联络信号,不知所踪。如果从完成任务目的角度来讲,苏联这几次航天任务失败率高达百分之一百。这也并不说美国就比苏联好多少,纵观这个时期的航天历史,美国和苏联都遭遇到航天领域的重大失败和挫折。

  图为UR-100火箭示意图(来源:wiki百科)

  原理解读·速度

  航天活动,并不仅仅是火箭发射的问题,诚然在这个阶段失败的次数很多。随着人类航天活动的日益复杂,任何一个环节出现失误,都有可能造成任务的失败,特别是在载人航天以及深空探测等活动中。而在高密度的航天发射中,对整个航天发射体系、环节的考验就更加苛刻。从某种意义上来说,高密度发射是一个国家成长为航天强国不可回避的一道门槛。在这个过程中,或许有挫折,但只要秉承着客观严谨的“归零”精神,总结教训借鉴先进经验,就能够跨过这道门槛。

  这些“旁门左道”中,准备速度最快的莫过于前苏联的“宇宙”系列火箭。这个“宇宙”的来头不小,一开始是战略火箭军的洲际导弹,应用了当时最先进的火箭发动机技术。第一代UR-100在1960年代投入使用,不仅作为航天火箭,也作为洲际导弹威慑美国。在作为洲际导弹使用的时候,发射准备时间约莫25分钟,比第一代R-1和R-7A导弹动辄2-3小时的发射准备时间要快得多。而作为运载火箭使用,准备时间则需要几个小时至2天,取决于当地气候和发射窗口时机。如果不考虑轨道直接强行发射,也不是不不行,就是发射载荷低了很多,难以与正常运载火箭相比。

  火箭发射场距离赤道越近、纬度越低,发射卫星时就可以尽可能地利用地球自转产生的离心力,因此所需要的能耗较低,使用同样燃料可以达到的速度也更快,卫星消耗的燃料可节约100公斤左右优势

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