火箭殘骸是怎么處理的

在人類的航天事業(yè)中，過去產(chǎn)生的那么多火箭殘骸都包括哪些又是怎么處理的呢？

一、火箭殘骸第一部分，能收則收，不能收則躲。

火箭殘骸的第一部分，在火箭發(fā)射后不久會(huì)重新返回地面，甚至在火箭剛開始呼嘯震動(dòng)時(shí)就開始“掉渣”——這往往是保溫泡沫或結(jié)的冰。

由于大氣密度大，這個(gè)階段產(chǎn)生的殘骸高度不夠、速度很低，因而這些殘骸根本沒能突破大氣層。按照火箭推進(jìn)的原理，所有的火箭幾乎都要設(shè)計(jì)成多級(jí)模式，越靠下面的部分越大也越強(qiáng)力。

以我國(guó)每次載人航天都要使用到的長(zhǎng)二F王牌火箭為例，在發(fā)射后約3分鐘內(nèi)，火箭的逃逸塔、助推器、一級(jí)火箭、整流罩等重要組成部分就會(huì)相繼程序分離，最后分離的整流罩上升的最大高度也僅為100千米左右，引力作用下，它們必然會(huì)返回地球。由于程序分離時(shí)間、分離姿態(tài)、氣象條件等各不相同，它們的掉落區(qū)域往往分散且面積巨大。

火箭一級(jí)和整流罩等往往是火箭體積重量最大、最核心、最昂貴的部分，占據(jù)火箭總體成本的80%以上，卻是最早被扔掉的，非常可惜，而且非常危險(xiǎn)。

目前，處理這些火箭殘骸的有效方式有三種：

一是回收。這也是太空探索技術(shù)公司（SpaceX）、藍(lán)色起源和我國(guó)新一代火箭設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重要因素。SpaceX依靠這個(gè)技術(shù)聲名鵲起，它不僅能夠依靠一級(jí)火箭反推平穩(wěn)回收，還能利用整流罩降落傘減速滑翔和接駁船大網(wǎng)實(shí)現(xiàn)回收，幾乎毫無浪費(fèi)。

二是完全棄用。這是世界主流火箭的主要處理方式，由于傳統(tǒng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)問題，很多火箭根本無法復(fù)用，幾乎毫無回收價(jià)值，最理想的做法是丟掉。但僅有靠海的發(fā)射場(chǎng)能實(shí)現(xiàn)這一完美主義想法。

三是盡力減少殘骸影響。中國(guó)酒泉、太原、西昌等內(nèi)陸地區(qū)的發(fā)射場(chǎng)，可以大大減少殘骸的影響。例如，我國(guó)在長(zhǎng)二丙火箭發(fā)射遙感三十號(hào)05組衛(wèi)星時(shí)，給火箭一級(jí)的級(jí)間段安裝了柵格舵，在一級(jí)殘骸落地過程中起到穩(wěn)定姿態(tài)和減速的效果，大大減少了殘骸的可能影響區(qū)間，成為世界第二個(gè)運(yùn)用此技術(shù)的案例，也為我國(guó)未來新一代可回收火箭積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。在火箭沖向天空的過程中，柵格舵是緊緊貼著火箭的，當(dāng)火箭的一子級(jí)完成使命再入大氣層時(shí)，柵格舵正式開始工作，變成火箭殘骸的“翅膀”。在“翅膀”的保駕護(hù)航之下，最終火箭殘骸落在設(shè)定的區(qū)域。

二、火箭殘骸第二部分，“天外來客”，可控再入。

隨著火箭繼續(xù)飛行，火箭二級(jí)將會(huì)繼續(xù)完成推高航天器軌道的重任，它分離時(shí)自身動(dòng)能足以環(huán)繞地球。但此時(shí)軌道高度依然在200千米左右，這里大氣雖然稀薄卻可以造成足夠阻力，火箭二級(jí)往往還是會(huì)返回地球。

由于高空大氣層的情況復(fù)雜，火箭二級(jí)被拋棄后姿態(tài)也無法確定，返回地球的軌跡、時(shí)間和沖擊大氣層地點(diǎn)很難預(yù)測(cè)。但我們不必?fù)?dān)心火箭二級(jí)造成的威脅。它們沒有任何防熱措施，再入大氣層時(shí)速度快、空氣稠密，它們往往變成美麗的流星，焚毀在大氣層中。

也有極個(gè)別情況火箭二級(jí)可能變成“飛來橫禍”。1997年，美國(guó)人洛蒂·威廉姆斯被德爾塔-2運(yùn)載火箭二級(jí)返回地球時(shí)產(chǎn)生的碎片擦過肩膀。所幸只是輕微擦過，她并未受重傷。

火箭二級(jí)成為殘骸時(shí)往往已經(jīng)有能力圍繞地球飛行，但返回地球狀態(tài)難以預(yù)測(cè)且存在一定風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)然有必要妥善處理。

SpaceX在實(shí)現(xiàn)第一級(jí)回收后，曾經(jīng)努力回收第二級(jí)，可是第二級(jí)的價(jià)值實(shí)在有限，且回收距離太遠(yuǎn)、成本太高，SpaceX最后放棄了此項(xiàng)技術(shù)。但這并不意味著第二級(jí)就此被拋棄：它執(zhí)行任務(wù)的周期很短，在任務(wù)結(jié)束后，可以利用剩余燃料，自己沖進(jìn)大氣層。由于地球絕大部分表面都是大洋，可以很容易控制它們焚毀并最終使它們的殘骸落入安全區(qū)域，盡量減少潛在威脅。

而對(duì)于已經(jīng)進(jìn)入太空、距離地球較近且一時(shí)半會(huì)兒無法返回的火箭殘骸，則可以采取人工干擾的方式進(jìn)行移除。例如采用新一次發(fā)射任務(wù)，用小型航天器靠近火箭殘骸，采用魚叉法、網(wǎng)捕法、拖拽法等將其最終拖入大氣層焚毀。

三、火箭殘骸第三部分，讓出軌道，不復(fù)相見。

對(duì)于很多高軌衛(wèi)星而言，旅程遠(yuǎn)未結(jié)束，運(yùn)送它們的火箭往往還有第三級(jí)、上面級(jí)等重要結(jié)構(gòu)。例如，我國(guó)王牌火箭長(zhǎng)三乙可以攜帶一個(gè)遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)，就是靠這個(gè)“太空擺渡車”才實(shí)現(xiàn)了數(shù)次北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“一箭雙星”任務(wù)。此時(shí)衛(wèi)星被分離時(shí)軌道已經(jīng)非常高，這些火箭殘骸注定幾乎不可能返回地球大氣層。以2015年7月25日我國(guó)長(zhǎng)三乙/遠(yuǎn)征一號(hào)“一箭雙星”發(fā)射北斗導(dǎo)航衛(wèi)星為例，直到今天長(zhǎng)三乙的第三級(jí)仍然飛在近地點(diǎn)382千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)16 587千米的大橢圓軌道，而共同升空的遠(yuǎn)征一號(hào)更夸張，它飛在近地點(diǎn)22 042千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)27 866千米的超級(jí)橢圓軌道。

事實(shí)上，很多人類航天事業(yè)早期發(fā)射高軌衛(wèi)星帶來的火箭殘骸，直到今天依然在茫茫太空漫游。

而對(duì)于很多深空探測(cè)任務(wù)，目標(biāo)軌道輕易超過月球的距離，這些火箭殘骸已經(jīng)遠(yuǎn)到無法追蹤了。例如，獵鷹重型火箭2018年2月6日首次試射后，它的火箭二級(jí)牢牢綁在特斯拉電動(dòng)車背后，現(xiàn)在大概已經(jīng)到了相對(duì)地球的太陽(yáng)系另一面了。

這個(gè)階段的太空垃圾已經(jīng)太過遙遠(yuǎn)，以至于把它們重新帶回地球大氣層的成本實(shí)在太高，得不償失。此時(shí)的有效手段就是讓它們遠(yuǎn)離地球附近的寶貴軌道，進(jìn)入深空。這個(gè)過程基本只能靠它在完成工作之后自主完成：利用殘余的燃料，燃盡最后一滴，盡力逃離地球。

（選自《北京日?qǐng)?bào)》，有刪減）