长征五号火箭是我国自主研制的新一代重型运载火箭,即将从海南文昌航天发射场发射升空。 发射一枚火箭的难度有多大? 问:发射一枚火箭有多难?
观点1:制造火箭很简单,最大的困难在于创造火箭发射所需的机械性能,并且火箭的各项部件能适应极端条件。 下面这个例子有助于解释火箭性能问题: 要使火箭进入轨道,需要将有效载荷送入100多公里的高空,并且水平加速度要达到7.8千米/秒。为保证火箭的势能和动能,需要给每公斤有效载荷提供35兆焦耳的能量。 这个数值非常接近可供我们支配的燃料最大能量产额。例如,喷气机和火箭常用的燃料——煤油,它可提供的能量约为42兆焦耳/千克。这就牵扯到一个火箭固有的非常反常的问题,即火箭必须携带燃料和氧化剂,并将它们连同火箭本身一起发射到轨道上,最起码也要将它们送到半空中。如果超过了火箭效率的某一点,额外的燃料就不足以支撑燃料自身的重量,这是完全不可行的。在实践中,这意味着火箭要严格遵守燃料/有效载荷曲线,要维持最佳推进剂质量比在90%以上。为了做到这一点,设计工程师必须利用某些非常机敏但又极不稳定的技艺。 简而言之,建造火箭比发射火箭要简单,而把火箭以足够快的速度推送到足够高的地方并使之进入轨道,则是难上加难。要制造可以在太空中飞行的火箭,必须利用复杂的技艺,这远比建造火箭复杂的多。 观点2:火箭科学是尖端技术,要想制造出有实用价值的火箭,就必须挑战生产能力的极限。换句话说,即使火箭的有效载荷只有自身重量的2-4%,也无法造出高度优化的火箭。 此外,机械装置需要在极端条件下运行,这也是难点之一,因为实验和监控都是未知数。 其实制造火箭的技术并不是非常复杂,但它的性能的可靠性是一个很大难题。成功发射火箭的方法屈指可数,但是摧毁它的方法却有上百种。比如说,火箭辅助系统脱落,进行故障保护的方法也是非常有限的。 |