从发射北斗卫星的长3B火箭残骸砸中房屋 再谈火箭控制落区和回收的意义

北斗卫星今年已经从西昌发射了6次了,一共有8颗卫星被送上了轨道,北斗卫星发射已经跟家常便饭一样,让小编找不到报道的重点。不过11月23日长征3B火箭发射北斗“萌星”M25、M26后的一则报道引起了我们注意。有消息称,该长征3B火箭的一枚助推器返回地面时砸中了一处房屋,造成了一定的财产损失。而在大半年前,另外一枚火箭残骸在坠落时也砸中了一户居民的猪圈,几头家猪被砸死。今天就想通过这一事件,再谈一下控制火箭残骸落区的意义。

CZ-3B火箭发射北斗萌星M25、26

我们知道,我国的前3大卫星发射中心酒泉、太原、西昌基地都建设于冷战时期,特殊的历史背景要求航天(导弹)基地必须建设在内陆地区以避免美苏的战略打击,但这样也造成了一些麻烦事儿,以西昌发射场为例,每次发射火箭前,残骸预定落区的居民都会接到上级单位的通知,要求落区内所有乡村的居民都到临时避难场所进行躲避,以免被掉落的火箭残骸伤及。尽管火箭残骸击中村子的概率较低,但是每隔数年总能听到这样的报道。

落在农村附近的火箭助推残骸(FILE)

像欧洲和美国,他们把火箭发射基地都建在沿海地区,火箭残骸基本都会落在海洋深处,不会对当地居民有任何影响,而俄罗斯尽管也在内陆发射,但由于广阔的前苏联疆域都是无人区,因此也不存在落区安全的问题,唯独我们的3大火箭发射场存在这样的问题。不过我国在2015年建成了首座沿海发射场——海南文昌卫星发射场,长征5号、长征7号以及2020年要首飞的长征8号都将在这里发射,从海南发射的火箭就彻底避免了内陆发射场需要疏散群众的问题,只要在公海上划定禁航区,基本就不会出什么问题。

不过在可见的未来,三大内陆发射场依然承担着我国大量的航天器发射以及武器试验任务,如何寻找一种有效的方法,更精确的控制火箭残骸的落区,甚至有计划的回收火箭,这将彻底改变落区居民一打火箭就往山洞跑的历史遗留问题。我们知道商用火箭落区控制最成熟的就是SpaceX(太空叉)的猎鹰火箭,它身上的栅格舵再加上GNSS导航系统,可以将落区精确控制在数米内,如果长征系列火箭也能掌握该技术,未来内陆再发射火箭时,落区居民们就不用再到处跑了。(栅格舵通过开合来控制返回时的飞行姿态)

航天一院研制的首个火箭栅格舵

事实上航天一院和上海航天局在2019年上下半年各自测试了一次落区控制任务,并且取得了成功。当时的长征2C和长征4B火箭上都安装了类似于猎鹰9号火箭上的4台栅格舵,并配备了GNSS系统、陀螺及加速度仪等装置,在火箭芯级与2级脱离后,通过栅格舵的开合,再配合这些导航系统,精确控制了一级火箭的落区。特别是最近发射的长征4B火箭,实际落点经测算后横向偏差约100米,纵向偏差约3.2公里,比起之前动辄几十公里的落区范围,已经减小了85%以上,我国在控制火箭落区上已经取得了小小的成功。

当然我们目前还不能跟美国的猎鹰火箭比,因为我国的火箭返回时发动机不点火,只是靠4只栅格舵来控制飞行姿态,因此对落点的调整能力有限。同时我们目前只在没有助推器的光杆中小型火箭上进行过测试,像这次发射北斗卫星的长征3B火箭的4个助推器就无法安装常规的栅格舵,未来我国的火箭落区控制技术成熟后,助推器的落区控制也应该进行进一步的研究,毕竟这次砸到房屋的就是助推器而不是芯一级。

美国猎鹰火箭的栅格舵

当然,我国研究栅格舵和火箭落区控制并不仅仅是为了解决“扰民”的问题,世界商业火箭的发展已经进入了低成本和高复用的时代,以太空叉为代表的新兴火箭公司,依靠其徒有的火箭复用技术已经占据了全球航天发射市场的半壁江山,而我国近年来也在发力火箭的可重复使用技术。而精确控制火箭落区是掌握火箭复用技术的第一步。未来我国的长征6号、长征8号等新一代火箭都会推出可重复使用的构型,全新的921载人火箭也将使用多机并联的复用技术,而从今年开始进行的火箭落区控制实验,正是这漫漫征程的最开始。

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