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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，火箭在升空過程中分離部分結(jié)構(gòu)也是“不得已而為之”。要實現(xiàn)宇宙航行，火箭的速度至少要達到第一宇宙速度，即每秒7.91千米。讓我們先做一個假設(shè)。如果把巨大的運載火箭做成單級，那么，全部推進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，還要因為承受推進劑增多而加厚貯箱箱壁，進而導(dǎo)致貯箱重量增加?；鸺w行過程中，貯箱會越來越空?？粘龅馁A箱殼體成為無用的質(zhì)量，而推進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，加速空貯箱所耗費的推進劑就越多。這樣會導(dǎo)致火箭最終無法達到第一宇宙速度。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，同時實現(xiàn)這兩個目的。而這一設(shè)想，已經(jīng)成為現(xiàn)實。從20世紀開始，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、推進劑、控制系統(tǒng)和伺服機構(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?；鸺墧?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，使連接斷開從而實現(xiàn)相應(yīng)結(jié)構(gòu)分離的過程。以長征二號F運載火箭為例，在飛行時，它要先后實現(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，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。當(dāng)助推器接到分離指令，助推器上的分離小火箭先點火，隨后，爆炸螺栓和藥圈組件同時引爆，使前、后連接點斷開解鎖，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運載火箭在實現(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)動機點火指令，級間分離面上的爆炸螺栓同時引爆，使級間連接解除，已點火的二級發(fā)動機推動火箭加速向前飛行。此時，二級發(fā)動機噴出的高速燃氣流噴射在一級氧化劑箱前底上，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，為了保護飛船不受外界環(huán)境侵害和降低空氣阻力，火箭設(shè)計師為它套上了一個“罩子”，即整流罩。然而，火箭進入大氣層后，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。為了使飛船能夠獨立在軌道上運行，確?；鸺淖詈笠患壊粚︼w船產(chǎn)生影響，需要將飛船與運載火箭進行分離。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)射還取得了一項成果，即實現(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。這項科技又叫“基于柵格舵的落區(qū)精確控制技術(shù)”。這次試驗的成功，讓中國成為世界上第二個掌握這種技術(shù)的國家。“柵格舵控制技術(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？事實上，從20世紀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?；鸺覀说母怕?，要遠低于被隕石砸中。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，直到重新進入大氣層。在大氣層中，這些部分會因為摩擦而燃燒掉，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)計師們會通過受控離軌的方式進行處理。即利用火箭子級剩余燃料和部分發(fā)動機控制箭體脫離原本的運行軌道，向地球靠攏，最終在進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，要實現(xiàn)這些目標(biāo)，還有許多技術(shù)難題等待攻克。▲刊于3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（ID：xuexijuntuan）監(jiān)制丨歐燦　侯大偉編審丨劉建偉　嚴珊　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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