有人要离开“火箭少女”了？淡定 火箭本来就是如此

本篇文章2968字，读完约7分钟

最近，“火箭女孩101”小组，很快形成了一个小组，打破了它的成员已经退出的消息，吃瓜的人取笑它。这个团体名副其实:

的确，在火箭飞上天空的过程中，它必须经过许多分离过程:除了级间分离，它还必须经过整流罩分离、卫星、航天器和其他有效载荷与火箭的分离等。每个分离过程都需要精心设计，以确保发射成功。

为什么火箭是多级的？

如果火箭设计成只有一级结构，从起飞到完成工作是一个完整的过程，那么就不会有一级分离，火箭的飞行过程就会看起来简单得多。

然而，俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基于1903年提出的齐奥尔科夫斯基公式从理论上否定了这一“捷径”的可行性。在这个公式中，火箭在工作期间获得的速度增量与发动机开始工作时火箭的总重量m0和发动机结束工作时的总重量m1有关。m0/m1的比值越大，火箭可以获得的速度增量就越大。至少要进入工作状态，有效载荷必须加速到第一宇宙速度。然而，如果火箭只有一级，在目前人类的技术条件下，m0/m1的比例很难使火箭达到第一宇宙速度。

因此，火箭设计人员提出了多级火箭的解决方案。通过不断放弃已完成的部分工作，火箭的m0/m1比值将不断变化，火箭将通过接力加速，最终达到理想的轨道速度。此外，在采用多级火箭方案时，还可以根据飞行阶段的特点使用不同特性的发动机。例如，对于火箭发动机，“比冲”是衡量其燃油效率的一个重要指标。为了获得足够的起飞推力，火箭第一级和助推器的发动机有时会牺牲比冲性能来换取推力。但是，第二级和上一级大多采用比冲较高的发动机，适合真实的空工作环境。

层级分离:快刀斩乱麻

就像精力充沛地分手的火箭女孩一样，真正的火箭在彼此分离时也会发生一些爆炸。以一次和二次分离为例。在分离之前，两极火箭通过一种叫做“爆炸螺栓”的装置连接在一起。爆炸螺栓是一种带有空芯的连接装置，里面装有炸药。一旦收到命令，一秒钟前与两级火箭紧密相连的爆炸螺栓将立即引爆，切断两级火箭之间的连接。

然而，不像火箭女孩退出团的纠缠，他们之间的距离必须尽快增加后，火箭的第一和第二阶段的分离开始，否则它可能以悲剧结束。例如，在猎鹰1号火箭的第三次发射中，已经完成任务的第一级火箭在与第二级火箭分离后仍然停留在第二级火箭附近，由于与第二级火箭相撞，发射失败。

目前，完成这一过程有两种方法:“热分离”和“冷分离”。当热分离继续进行时,“计划解体”的第二级火箭将启动自己的发动机，而完成任务的第一级火箭将被发动机喷出的高温气流吹走，同时它将继续飞往空台，那里有一种碾杀驴子的味道。当冷分离进行时，第一级火箭通过其自身的推力发动机主动离开第二级，或者通过两级之间预设的弹簧装置完成分离，而第二级火箭在分离过程完成后点火。

由于两种分离方法各有优势，火箭设计人员将根据具体情况选择分离方法。采用热分离时，分离系统和分离程序设计简单，分离过程对火箭的继续飞行干扰小。但是，在冷分离过程中，没有必要考虑二次尾焰对一、二次连接装置的排放，分离造成的影响相对较小，因此分离过程相对稳定。例如，中国火箭的第一级和第二级，如长征2f，大部分是用热分离法分离的，而第二级和第三级以及世界屋脊，大部分是用冷分离法分离的。Spacex公司的主火箭“猎鹰9号”采用冷分离技术。

整流罩和有效载荷的分离

在火箭的初始飞行过程中，整流罩将卫星和航天器等有效载荷包裹起来，以保护它们免受高速气流的冲击和加热。当火箭飞行到一定高度且大气浓度足够低时，整流罩将与火箭分离，以减轻火箭的重量。

整流罩通常由两个折叠在一起的襟翼组成。当与火箭分离时，整流罩内的爆炸螺栓切断两个整流罩之间的连接，内置弹簧机构将整流罩推向两侧。但此时，整流罩不会立即离开火箭，而是像盛开的花瓣一样向两边开放。这是因为在整流罩底部和火箭之间的连接处安装了一个可旋转的钩形铰链。当两个整流罩打开到足够的角度时，铰链将自动脱钩，两个整流罩将被抛出，以免与火箭和载荷发生碰撞。

有效载荷，如卫星和宇宙飞船，通过连接解锁装置连接到火箭。该装置在不同尺寸的负载和相对固定尺寸的火箭之间提供了一个接口，从而负载可以与火箭牢固地连接。当有效载荷与火箭分离时，连接和解锁装置不仅要保证有效载荷不会与火箭发生碰撞，还要对有效载荷的姿态进行较大的改变，从而避免有效载荷进入轨道后姿态调整的困难。

有效载荷和火箭有两种常用的分离方法。一个是在爆炸螺栓打开负载后，释放弹簧将有效载荷推离火箭。另一个是火箭的最后一级使用反推力发动机来主动减速和脱离负载。目前，弹簧分离被广泛使用。

“分手”后他们去了哪里？

在回收和再利用技术出现之前，完成的火箭的所有部件都将被直接丢弃。当第一级与火箭分离时，火箭的速度不是很高，并且周围的大气相对稠密，所以第一级通常落到地面。与巨型火箭相比，月光宝盒的体积和重量都要小得多。有把月光宝盒扔向儿童和花草的危险，更重要的是考虑当火箭坠落时如何避免人员和财产的损失。

风云-2 09发射时，长征-3A运载火箭残骸落入贵州省福泉市。根据微博@贵州省民防办公室发布的消息，这是该部门第100次完成火箭残骸坠落任务，并取得了无重大人员和财产损失、无责任事故发生的骄人记录。

因此，在发射前，有必要估计火箭飞行路径上可能坠落部件的面积。如果着陆区恰好位于人口密集区或重要设施所在的区域，应调整飞行计划以满足安全要求。例如，为了避开人口密集的地区，美国的卡纳维拉尔角航天基地只能发射东北或东南方向(方位角为35-120度)的火箭，因此不可能在轨道上发射卫星。由于历史原因，我国的酒泉、西昌和太原发射基地都位于内陆地区，完成的火箭子级不可避免地会落入有人居住的地区。发射前，相关部门将根据着陆区范围疏散该区域的人员。位于南海海滨的文昌发射场投入使用后，这种担忧将会小得多。

火箭的第二和第三级通常会在环绕地球的轨道上停留一段时间。当把卫星发射到低地球轨道时，第二级可能在轨道上停留几个月，在高层大气的作用下逐渐降低轨道高度，最后落入大气层并烧毁。然而，当发射位于极地轨道上的太阳同步轨道时，第二级可能永远不会返回，它将永远停留在太空的圈子里。当发射地球同步轨道卫星等高轨道卫星时，所用的第三级和上级可以在轨道上停留数年甚至数十年。如果处理不当，这些留在泰空的火箭子级将成为轨道上的定时炸弹，其中残留的推进剂、高压气体等物质随时可能诱发爆炸，并产生大量的泰空垃圾。因此，它们通常被“钝化”，消耗多余的燃料，排出多余的气体，并将它们转移到废弃的轨道上。

在火箭重复使用技术出现之后，这些火箭子级有了更好的命运:它们可以返回地面，并在改造后返回泰空。

目前，spacex公司的猎鹰9号火箭已经应用了一级火箭的回收和再利用技术。当第一级火箭工作完毕，从喷管喷出的高压冷空气将使第一级火箭在空翻滚，并进入“回家”的姿态。此后，第一级的一些发动机首次启动，使火箭进入着陆轨道。随着这次启动的完成，第一级火箭顶部的栅格翼展开，以空气动力学的方式控制飞行方向。之后，第一级火箭将再次开启两次，第一次减速，第二次精确控制火箭软着陆在陆地或海上的回收平台上。猎鹰9号重型火箭助推器和第一级的回收方法与猎鹰9号第一级基本相同，但第一级回收试验在第一次飞行中失败。

我不知道，被“火箭女孩101”分开的“火箭孩子”会走哪条路？

来源：搜狐微门户