蘭順正

4月29日，中國在文昌航天發(fā)射場用“長征五號B遙二”運(yùn)載火箭將空間站“天和”核心艙成功送入預(yù)定軌道，中國空間站在軌組裝建造全面展開。北京時間5月9日10時24分，“長征五號B遙二”運(yùn)載火箭的末級殘骸再入大氣層，落區(qū)位于東經(jīng)72.47°、北緯2.5°的馬爾代夫周邊海域，絕大部分器件在再入過程中燒蝕銷毀。本來航天器入軌后，火箭殘骸返回大氣層是一個很正常的技術(shù)問題。但是，部分外媒為了丑化中國的航天成就，大肆炒作“長五B”火箭殘骸再入大氣層“可能會帶來傷害和損失”，這也引發(fā)各界對于運(yùn)載火箭殘骸墜落問題的關(guān)注。

火箭殘骸“魂”歸何處

運(yùn)載火箭是人類發(fā)展航天事業(yè)的主力軍。一般而言，現(xiàn)代大多數(shù)火箭的有效載荷往往占到其總重量的約1.5%，其余部分幾乎都是燃料和火箭零部件這樣的“死重”，在火箭完成任務(wù)過程中或被消耗殆盡，或被拋棄于外空。

這其中，不同部分的火箭殘骸面臨的命運(yùn)不盡相同。以常見的三級火箭為例，火箭剛發(fā)射時所經(jīng)空域的大氣密度很大，這個階段產(chǎn)生的殘骸高度不夠、速度很低，因而很難突破大氣層，所以火箭一級殘骸在發(fā)射不久以后會重返地面，甚至一些保溫泡沫或箭體上結(jié)的冰塊在火箭剛開始呼嘯震動時就會剝離。以我國“長征2F”火箭為例，在發(fā)射后約三分鐘內(nèi)，逃逸塔、助推器、一級火箭、整流罩等重要組成部分就會相繼按程序分離，最后分離的整流罩最大上升高度也僅為 100千米左右，在引力作用下都會返回地球。

隨后，火箭二級將會繼續(xù)推動箭體飛行，一般在高度200千米左右完成分離。由于分離時火箭二級已經(jīng)具備了足夠的速度，所以往往能環(huán)繞地球飛行而不立刻落地。不過，火箭二級所在高度依然存在稀薄大氣，受其阻力過一段時間還是會返回地球。2016年6月25日，我國首次發(fā)射新一代“長征七”火箭，其二級在太空中自由飛行了一個多月后，于7月27日當(dāng)?shù)赝黹g在北美中西部再入大氣層。

最后，火箭第三級會把有效載荷送入軌道后分離，此時位置已經(jīng)非常高，這些殘骸很難再返回地球。目前很多人類早期發(fā)射高軌衛(wèi)星造成的火箭殘骸，直到今天依然在太空漫游。如2015年7月25日，中國“長三乙+遠(yuǎn)征一號”“一箭雙星”發(fā)射北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，至今“長三乙”的第三級仍飛在近地點(diǎn)382千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)16587千米的大橢圓軌道上。而在一些深空探索任務(wù)中，一些火箭殘骸更是早已不知去向。

在處理方式上，一級殘骸目前有三種。一是回收，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）是這方面的翹楚，已經(jīng)多次進(jìn)行了“獵鷹”一級火箭的反推平穩(wěn)海上回收，而現(xiàn)在其他太空企業(yè)和航天大國也都在研發(fā)自己的一級火箭回收技術(shù)。二是可控墜落，盡力減少殘骸影響。例如我國在2019年7月26日用“長二丙”火箭發(fā)射“遙感30組-05”衛(wèi)星時，給火箭一級的級間段安裝了柵格舵，在一級殘骸落地過程中自行舵張開，起到穩(wěn)定姿態(tài)和減速的效果，大大減少了殘骸的可能影響區(qū)間。三是完全棄用，讓殘骸直接砸進(jìn)地面或海里，當(dāng)然這里殘骸的落點(diǎn)選定的是無人區(qū)。

二級殘骸在墜落過程中受到的影響因素很多，如分離時高空大氣的復(fù)雜情況、二級被拋棄后的姿態(tài)等，所以基本上都比較難以實(shí)現(xiàn)精確控制。SpaceX在實(shí)現(xiàn)一級回收后，曾努力回收第二級，可是第二級的價值實(shí)在有限，且回收距離太遠(yuǎn)、成本太高，最后放棄了此項(xiàng)技術(shù)。至于三級殘骸，因?yàn)榫嚯x過于遙遠(yuǎn)，往往任其在遠(yuǎn)離地球附近的軌道上自生自滅。

2021年4月29日，中國空間站首艙“天和核心艙”在海南文昌由“長征五號B遙二”火箭發(fā)射升空。

外媒渲染不懷好意

此次中國發(fā)射的“長五B”是“長征五號”火箭的特殊改造型?！伴L征五號”自從2016年首飛、2017年“遙二”發(fā)射失利、2019年“遙三”復(fù)飛成功后，成為中國目前運(yùn)力最大的火箭，擁有近地軌道25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸的運(yùn)載能力，2020年發(fā)射的“天問一號”火星探測器和“嫦娥五號”月球采樣返回任務(wù)均由“長征五號”擔(dān)當(dāng)大任。“長征五號”雖然運(yùn)載能力驚人，可本質(zhì)上仍是一款主要用于高軌衛(wèi)星發(fā)射的火箭。中國空間站項(xiàng)目位于低軌，于是對“長征五號”進(jìn)行了改造，將載荷直接放到一級火箭上，這就有了“長五B”。

“長五B”火箭能在四個助推器的幫助下，依靠一級火箭直接將荷載送入近地軌道，一級火箭也會跟著衛(wèi)星或空間站進(jìn)入太空。所以，“長五B”一級殘骸的墜落方式就像其他火箭的二級一樣，會在軌飛行一段時間后慢慢靠近地球并在某一時刻墜毀。

在中國與美西方競爭加劇的背景下，此次外媒大肆渲染中國火箭殘骸“失控”、設(shè)計(jì)“偷懶”，如英國《衛(wèi)報》5月4日報道稱，與空間站核心艙分離后，中國火箭殘骸正以每小時約2.7萬千米的速度繞地球飛行，“從飛行姿態(tài)看，火箭殘骸已經(jīng)失控，它有可能對地面造成威脅”。確實(shí)，火箭殘骸在客觀上存在一定的危險性。不過火箭為了減重，本身結(jié)構(gòu)并不厚實(shí)，內(nèi)部燃料消耗后，剩余的火箭殼體質(zhì)量并不大，而且以鋁合金為主的殼體很容易在大氣層中焚毀，最終落到地面的只是小部分。隨著太空態(tài)勢感知能力的發(fā)展，殘骸返回地球的軌跡、時間和沖擊大氣層的地點(diǎn)已經(jīng)可以在一定程度上進(jìn)行預(yù)測。再加上地球70%的面積是海洋，陸地上也有大面積的人煙荒蕪地帶，所以從1960年代到現(xiàn)在，雖然約有15000噸以上的人造航天器殘骸落回地球，但是經(jīng)過計(jì)算的火箭殘骸墜落迄今沒有造成過實(shí)際人員傷亡。也沒有證據(jù)可以表明美國等國的火箭殘骸能比中國的火箭殘骸大幅提高落點(diǎn)受控程度。今年3月美國一枚“獵鷹9”火箭的殘骸落到了本國的一間農(nóng)場里，是迄今為止火箭殘骸最接近造成傷害的例子之一。

此次中國火箭殘骸的飛行軌跡也并非某些外媒報道的那樣“不受控”，而是經(jīng)過精密計(jì)算。同時，中國火箭殘骸采用了“火箭鈍化”技術(shù)，即，在工作結(jié)束后將貯箱剩余推進(jìn)劑和氣瓶的高壓氣體排空，電池電路永久性切斷，消除一切可能引起爆炸的根源， 還有意縮短了在軌飛行時間，絕大部分器件在再入過程中也都燒毀了。因此，這次外媒渲染“中國火箭殘骸風(fēng)險”，可謂不懷好意。