現(xiàn)在,火箭發(fā)射幾乎無一例外地采用“10、9………3、2、1”發(fā)射倒計(jì)時(shí)程序,但你知道嗎,發(fā)明倒計(jì)時(shí)發(fā)射程序的居然是一位導(dǎo)演。
1926年3月16日,世界上第一枚液體火箭在美國的馬薩諸塞州試制成功。這時(shí),德國烏發(fā)電影公司決定拍攝一部描寫太空旅行的科幻故事片——《月球少女》。該片導(dǎo)演弗里茲·蘭格為了加強(qiáng)影片的戲劇效果,別出心裁地在有關(guān)火箭發(fā)射的鏡頭中設(shè)計(jì)了倒數(shù)計(jì)時(shí)發(fā)射程序。當(dāng)時(shí),佛利茨·蘭格非常擔(dān)心,如果按照正常的“1、2、3……”發(fā)令,很容易拍砸,于是蘭格靈機(jī)一動(dòng),改用“……3、2、1,發(fā)射!”。
沒想到的是,這一來自電影畫面的火箭發(fā)射程序竟引起了火箭專家們的極大興趣。經(jīng)過研究表明,這種倒數(shù)計(jì)時(shí)發(fā)射程序是十分科學(xué)的。它簡單明了,又表述清楚準(zhǔn)確,而且還突出地表示了火箭發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間的逐漸減少,使人思想集中,產(chǎn)生準(zhǔn)備時(shí)間即將完畢,發(fā)射就要開始的緊迫感。此后,科學(xué)的倒數(shù)計(jì)時(shí)發(fā)射程序被普遍采用至今。
中美倒計(jì)時(shí)有差異
經(jīng)常觀看發(fā)射直播的細(xì)心網(wǎng)友可能會(huì)發(fā)現(xiàn),中國發(fā)射直播的倒計(jì)時(shí)是:“10、9、8、7、6、5、4、3、2、1(不讀0)、點(diǎn)火(等待3 秒左右)-起飛”,也就是說讀到0的時(shí)候火箭才點(diǎn)火。
而像SpaceX 公司那樣的美國公司則是“10、9、8、7、6、5、4、3( 此時(shí)點(diǎn)火)、2、1、0、起飛”,也就是火箭實(shí)際上是在倒計(jì)時(shí)尚未到0,火箭就點(diǎn)火了,美國的火箭是在“搶跑”?為什么會(huì)有這些區(qū)別呢?難道只是習(xí)慣上的差別嗎?
背后的“玄機(jī)”
簡單地說,中國的火箭倒計(jì)時(shí)是點(diǎn)火倒計(jì)時(shí),點(diǎn)火之后發(fā)動(dòng)機(jī)滿推力需要一定時(shí)間,然后才能起飛。在發(fā)射平臺(tái)上有觸點(diǎn),如果火箭有了位移會(huì)被接通,精確的起飛時(shí)間會(huì)立即測量出來并輸入測控系統(tǒng)。如果你看中國火箭發(fā)射的直播,在“點(diǎn)火”“起飛”口令后,很快會(huì)有人報(bào),“起飛時(shí),XX時(shí)XX分XX秒XXX毫秒”。
美國的火箭都是采用起飛倒計(jì)時(shí),或者以主發(fā)動(dòng)機(jī)推力完全建立的時(shí)間為任務(wù)零時(shí)。國外媒體稱,這其中的不同是因?yàn)橹袊壳暗倪\(yùn)載火箭均未采用牽制釋放裝置,火箭起飛與否全憑發(fā)動(dòng)機(jī)的推力,推力達(dá)到額定值之后自然就起飛了。由于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是個(gè)瞬態(tài)過程,各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)之間也不會(huì)完全同步,起飛時(shí)間是這個(gè)過程的結(jié)果,無法人工控制,所以采用倒計(jì)時(shí)點(diǎn)火,然后測量起飛時(shí)間。
美國主流運(yùn)載火箭全部采用了牽制釋放裝置,即火箭在起飛瞬間前是被“鎖”在發(fā)射臺(tái)上的,在預(yù)定起飛時(shí)間前幾秒鐘啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),牽制釋放裝置會(huì)測量發(fā)動(dòng)機(jī)的推力,如果達(dá)到額定推力會(huì)解鎖放飛火箭,倒計(jì)時(shí)零時(shí)即為放飛火箭的時(shí)間。由于牽制釋放裝置允許各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)在火箭靜止?fàn)顟B(tài)工作一小段時(shí)間,可以消除掉不同發(fā)動(dòng)機(jī)之間不同步推力的影響,其動(dòng)作時(shí)間也可以被更加精確地控制。
但資料顯示,這種說法不是完全準(zhǔn)確,有些火箭,如宇宙神5火箭,其主發(fā)動(dòng)機(jī)推力建立的時(shí)間為任務(wù)零時(shí),固體助推點(diǎn)火在T0+0.8秒,起飛時(shí)間在T0+約1秒。
牽制釋放裝置需要非常高的可靠性,在火箭發(fā)射的時(shí)候,應(yīng)該釋放時(shí)不釋放(會(huì)導(dǎo)致該正常飛行的火箭無法飛行,從而被迫中止發(fā)射),或者應(yīng)該牽制時(shí)不牽制(會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火起飛程序不正常的火箭失去支撐,后果無法想像),都是非常嚴(yán)重的事故。
這一裝置工作的環(huán)境要非常惡劣,要承受發(fā)動(dòng)機(jī)推力大于火箭本身重力的部分(最大者如土星5號(hào)運(yùn)載火箭上配備的F1發(fā)動(dòng)機(jī),推力達(dá)4900千牛)以及由此帶來的振動(dòng)、噪聲、熱輻射等,結(jié)構(gòu)上必須堅(jiān)固可靠,而分離時(shí)又要絕不拖泥帶水地同步執(zhí)行動(dòng)作。一般都是用最簡單粗暴的方法,即用爆炸螺栓直接炸開連接結(jié)構(gòu)。
在美國火箭發(fā)射臺(tái)上,牽制釋放裝置一般是箭體底緣4個(gè)比較敦實(shí)的裝置。只要在這個(gè)裝置釋放前,火箭還有繼續(xù)立在地球表面的可能,但一旦開始工作,開弓沒有回頭箭,地球的重力被火箭毫無羈絆地拋在身后。