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火箭残骸会威胁地面安全吗?随机坠落还是人为控制?

火箭是人类探索外太空的重要工具,有了它我们才能将各种气象、遥感、导航、军事、科学卫星,甚至是人类送入太空。

火箭是人类探索外太空的重要工具,有了它我们才能将各种气象、遥感、导航、军事、科学卫星,甚至是人类送入太空。

火箭其实就是一个大型穿天猴,但是我们玩过的窜天猴只能飞个十来米,而火箭要将数吨、甚至数十吨的有效载荷准确的送入数百公里高的预定轨道;

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它们所携带的燃料类型、数量、体积、以及制造技术的复杂程度根本不在一个档次上。

不过原理基本相同,都是通过在短时间内向相反的方向释放化学燃料燃烧的能量,来为自身提供克服地球引力和大气的力,一飞冲天。

一个典型的火箭重量通常都在数千吨,而且结构非常复杂,包含的部件非常多,但是对我们唯一有用处的只是它头部搭载的卫星、或者是探测器、载人舱、货运飞船等等。

它们的重量一般只能占到火箭总重量的1%-1.5%,有效载荷占比非常低,就拿人类历史上最大的火箭土星5号为例;

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它的总量达到了3000多吨,其中火箭一级燃料加发动机加外壳就重达2200多吨,燃料自身的重量占了火箭总重的90%以上,而阿波罗飞船却只有45吨,这就相当于一头牛只能驼得动一袋面粉。

这足以见得飞出地球有多难,而在火箭点火的那一刻,整个火箭的绝大部分都将变为无用“残骸”,它们都是卫星的嫁衣,这也可以看出来发射一次任务有多么的奢侈。

问题是这些残骸在后续任务中要如何处理?

火箭的残骸主要分为三种:短时间内直接落后地面的部分;短期内在地球轨道运行后再入地球大气层的部分;永久停留在太空中,变为宇宙尘埃的部分。

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短时间落回地球

在火箭点火以后,我们就能看见火箭就已经在往下洒落“残骸”了,这其实是卫星外层的保温泡沫。它对地面的人员和设施没有危害。

在火箭升空以后的三分钟内,我们就会听到推进器分离、一级火箭分离、整流罩分离。

由于这时火箭所处的位置大约在100公里的高度,而且这时火箭的速度远低于能够绕地球轨道运行的第一宇宙速度。

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因此在发射后3分钟左右火箭抛下的所有东西都会在短短的数十分钟内砸向地面,并且不会与地球大气摩擦消耗。

再加上火箭的设计都是下面大,上面小,燃料以及主要的发动机部分都集中在一级火箭和助推器上。这就造成了直接砸向地面的部分重量大、价格昂贵、危险性大。

所以说关于这一部分的回收工作一直是人类最为头疼的,火箭在分离以后研究人员会根据其分离时的高度、飞行状态、分离时间、以及当天的气象情况,预测出这些残骸降落的大致区域。

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然后在这些区域事先布置回收人员,通过定位、声音来确定残骸坠落的位置,进行回收工作。

一般情况下研究人员都能准确的估计出残骸降落的范围,但是由于不可控的因素比较多,这个范围也比较大,大致为70*30公里。

像是我国内陆的三个发射场地,它们都建在偏远的地方,为的就是防止这些东西坠落时伤及到地面上的建筑和人员。

而这些发射场的火箭残骸落区通常也都分布在山区、沙漠戈壁、人烟稀少的地方,是不会涉及到人员密集的区域。这就是为什么全世界每年发射这么多火箭,从来都没听说过火箭坠毁造成严重破坏的事故。

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总的来说火箭残骸伤人这个几率非常小,如果预计的落区可能会涉及到有人居住的地方,那么在发射前都会进行通知疏散。

但现在随着我国发射任务的密集,再加上火箭残骸降落的不可控性,就难免出现跟预计的落区有偏差的情况,不过所幸都没有造成人员伤亡。包括9月7日在陕西商洛坠毁的火箭残骸。

而在沿海地区的发射场,如海南文昌就不存在这样的问题,所有的东西都会落入大海,索性也不用进行回收了。

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短期内在地球轨道运行后再入地球大气层的部分

等以上的所有部分都分离以后,接下来就是火箭二级分离或者是星箭分离,这时火箭就已经达到了至少200公里的高空,而且火箭的速度也已经达到了能够绕地球轨道运行的速度了。

分离以后,这部分的残骸会继续绕着地球飞行,但是由于高度较低,大气的阻力会让残骸逐渐降低速度,轨道衰减,在数天或者数个月后以非常高的速度再入地球大气层。

不过这部分的残骸不用担心,因为它的初始速度非常高,而火箭本身又没有像宇航员乘坐的返回舱有耐高温、以及隔热的材料。

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因此它会在地球大气中被燃烧殆尽,像一颗流星一样划过天空。

就算是有部分微小的碎片有幸存活,本身这个几率就非常小,而且要让他砸到人也估计比出门被闪电击中的概率还要低。

所以全世界发展航空已经60年过去了,从来没有一个人被火箭残骸从太空中飞向地面砸中。

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永久停留在太空中,变为宇宙尘埃的部分

上面说的是地球近地轨道,如果要想将卫星送入更高的轨道,例如地球同步轨道、太阳同步转移轨道,那么这部分火箭残骸就无法再落回地面了,它会一直在太空中绕着地球运行;

成为一颗人造垃圾、宇宙尘埃。但是这部分残骸虽然不会威胁地球人类,但是会威胁到地球轨道上的卫星。

如果剩余的燃料在太空中发生爆炸导致整个火箭残骸被解体为微小的碎片,那么这对正在地球上运行的卫星来说将是一个灾难,也会成为未来人类进入太空的障碍。

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因此这部分火箭残骸,人们会让它继续飞行,将燃料耗尽,以把它推向更高、更远的轨道。离地球越远越好。

除了这些火箭残骸以外,人类之前发射的很多卫星有些都已经达到了服务年限,有些都已经报废,它们从成为太空垃圾,虽说暂时不会影响人类后续的任务。

但是长此以往,总有一天人类会被自己制造的垃圾困在地球上。所以我们正在研究如何捕获这些太空垃圾,让它们重新返回大气层燃烧。

清除太空垃圾这项任务,虽然提出了很多的设想,但短期内是无法实现的。

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火箭回收再利用

着眼于我们现在的能力,能够回收的正是那些价格昂贵、对人类危害比较大的残骸,助推器和一级火箭,这方面一马当先、做的比较好的当属马斯克的SpaceX公司。

已经实现了一级火箭依靠反推平稳着陆。

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我国在火箭回收上也处在领先水平,之前采用过在助推器、一级火箭尾部安装栅格舵,来控制火箭返回时的飞行状态,大大减小了落区的范围。

还采用过安装降落伞精准回收的方式,为我国的火箭回收技术积累了宝贵的经验。

未来火箭回收将成为主流,既能减小每次的发射成本,提高发射次数,也能大大减小发射火箭残骸对人类的威胁。

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