必威

科普之窗

最新更新

最新推薦

    首頁 > 科普之窗 >
火箭發射倒計時:從科幻到傳統
來源:科普中國網  |  發布時間:2021-02-01  |  瀏覽量:3217

? ? 火箭發射為什么要倒計時?這要從兩部科幻作品說起。1865年,“科幻小說之父”儒勒·凡爾納出版了第一部描述太空探索的作品《從地球到月球》,故事以美國南北戰爭結束為背景,大炮發明家們從戰場歸來,無所事事的他們把目光投向了月球,想出坐進“炮彈車廂”,搭乘超級炮彈前往月球探險的故事,所謂的大炮就是火箭雛形。

  書中把發射時間記為T0,大炮俱樂部在全球募集資金,鑄造了前所未有的哥倫比亞大炮,并在開炮前一切準備就緒,唯一不同的是,開炮前指令員按自然時間進行順數計時:35、36、37、38、39、40、開炮!以此規劃整個發射進程的制度設計,是科幻作品的首創。

  1929 年,科幻影片《月球少女》向電影觀眾首次呈現一枚登月火箭發射升空的全過程。其中關于火箭點火的細節,包括火箭發射倒計時和宇宙空間失重的描述都很新穎到位。電影大師弗里茨·朗為吸引觀眾注意力,在影片中營造時間緊迫的戲劇性氣氛,在火箭發射鏡頭中設計了“……3、2、1、現在”的倒數鏡頭,電影成了這種發射模式的先導。

  德國在20世紀30年代制成的第一枚試驗火箭,以及后來40年代初研制的“V- 2”火箭,都采用這種倒數計時的發射程序。中國的火箭在發射時也采用了這種程序,由“01”指揮員組織各系統工作、監測系統和倒計時點火。火箭發射使用倒計時真正的作用在于確認火箭發射的時間零點,把火箭在起飛前的各種動作按時間程序化。

  如果把從火箭上發射架到任務完成的整個任務過程,以時間軸為數軸的話,那么發射時刻就可作為數軸的零點,我們把它命名為 T0。當火箭發射時,T0時刻就會自動傳輸到所有的測控站。不同國家在火箭發射倒計時的具體設置上也有差別。比如,中國的火箭倒計時是點火倒計時——以火箭點火時刻作為 T0;而美國的火箭都是采用起飛倒計時——以火箭起飛時刻作為T0。

  2020年5月5日,隨著“01”指揮員發出口令,長征五號B運載火箭并沒有立刻起飛,而是仍“穩坐”發射臺。經過了令人忐忑不已的9秒鐘后,火箭才騰空而起。相比其他火箭發射時的情景,9秒著實“漫長”得令人印象深刻。那么,這9秒發生了什么?為什么長五B點火9秒后才起飛呢?

  實際上,從火箭點火到起飛,中間產生的數秒是火箭正常發射流程中的一環。在此期間,火箭最先工作的四大系統,即測量系統、控制系統、動力系統、測發控系統高速完成上千個步驟。其中,火箭測量系統在點火之前就開始進行箭體內部儀器設備的壓力、流量、液位等測量。在“點火”口令發出后,測量系統即時記錄、回傳火箭各系統儀器設備參數信息,同時,火箭的“大腦”——控制系統給動力系統發出命令,助推器和芯一級相繼點火,發動機在幾秒鐘之內進入滿負荷工作狀態。與“點火”口令同時啟動的還有地面測發控系統,它迅速計算好火箭的初始位置參數、準備跟蹤。我們在發射直播時常聽到的“某某跟蹤正常”,就是地面測發控系統在工作。

  這四大系統的初始工作,大多是我們無法直接看到的,但也有一些對應的“小動作”可以輕易看到,如各種地面插頭的脫落等。地面設施和火箭連接的插頭大致可以分為兩大類:供氣、供液的管路插頭和供電的管路插頭。用于供氣、供液的管路插頭在火箭進入特定程序時自主脫落,而供電的管路插頭會堅守到火箭起飛的最后一秒,被火箭上升推力斷開,因而非常容易被觀察到。

  那么,為什么長征五號B運載火箭點火到起飛時間長?其實,它并不是個例。相比其他系列的火箭,長五系列火箭的“推重比”相對較小。“推重比”是火箭的推力和重力之間的比例,是決定火箭從點火到起飛這段時間長短的關鍵。這是因為,火箭點火后,推力越來越大,直到超過火箭的重力,才能將火箭托舉起來,飛向太空。

  長征五號系列火箭質量大、推重比最小,建立足夠的推力時間更長,所以長征五號B運載火箭需要9秒鐘才能把火箭抬起來;其他系列的火箭,如長征二號丙火箭,推重比大,從點火口令下達到起飛的時間只要兩三秒。相比之下,觀看長征二號丙火箭發射的人可以少緊張一會兒,就能看到火箭起飛了。

  (微信公號“太空夢想”供稿)


Copyright 2004-2011 rukobludie.com 黃山市科學技術協會主辦 All Rights Reserved 
地址:黃山市屯溪區黃山東路248號10樓  郵政編碼:245000  電話:0559-2356725
  技術支持:  訪問量:12250942人