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中国和美国的发射倒计时为什么不一样?

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发表于 2016-10-15 06:03 | 显示全部楼层 |阅读模式

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经常观看发射直播的细心网友可能会发现,中国发射直播的倒计时是:"10-9-8-7-6-5-4-3-2-1-(不读0)-点火~(等待三秒左右)-起飞",也就是说读到0的时候火箭才点火。
而SpaceX等美国公司则是"10-9-8-7-6-5-4-3-(此时点火)-2-1-0-and lift off ",也就是火箭实际上是在倒计时尚未到0,火箭就点火了,难道偷跑了?例如下面(F9-FT首射,25秒左右)。
究竟是为什么会有这些区别呢?难道只是习惯上的差别?
简单地说,中国的火箭倒计时是点火倒计时,点火之后发动机满推力需要一定时间,然后才能起飞。在发射平台上有触点,如果火箭有了位移会被接通,精确的起飞时间会立即测量出来并输入测控系统。如果你看中国火箭发射的直播,在“点火”“起飞”口令后,很快会有人报,“起飞时,XX时XX分XX秒XXX毫秒”。
而美国的火箭都是采用起飞倒计时,或者以主发动机推力完全建立的时间为任务零时。这其中的不同是因为中国目前的运载火箭均未采用牵制释放装置,火箭起飞与否全凭发动机的推力,推力达到额定值之后自然就起飞了。由于发动机启动是个瞬态过程,各个发动机之间也不会完全同步,起飞时间是这个过程的结果,无法人工控制,所以只能倒计时点火,然后测量起飞时间。
美国主流运载火箭全部采用了牵制释放装置,即火箭在起飞瞬间前是被“锁”在发射台上的,在预定起飞时间前几秒钟启动发动机,牵制释放装置会测量发动机的推力,如果达到额定推力会解锁放飞火箭,倒计时零时即为放飞火箭的时间(此处不完全准确,见注)。由于牵制释放装置允许各个发动机在火箭静止状态工作一小段时间,可以消除掉不同发动机之间不同步推力的影响,其动作时间也可以被更加精确地控制。
(注:这里不是完全准确,有些火箭,如宇宙神5,以其主发动机推力建立的时间为任务零时,固体助推点火在T0+0.8秒,起飞时间在T0+约1秒。)
牵制释放装置需要非常高的可靠性,应该释放时不释放(会导致该正常飞行的火箭无法飞行,从而被迫中止发射),或者应该牵制时不牵制(会导致点火起飞程序不正常的火箭失去支撑,后果无法想像),都是非常严重的事故。而这一装置工作的环境要非常恶劣,要承受发动机推力大于火箭本身重力的部分(最大者如土星五号的F1发动机,4900kN约合500吨力)以及由此带来的振动、噪声、热辐射等,结构上必须坚固可靠,而分离时又要绝不拖泥带水地同步执行动作。一般都是用最简单粗暴的方法,即用爆炸螺栓直接炸开连接结构。以下是阿波罗11号发射视频的截图:

中国和美国的发射倒计时为什么不一样?

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看下来哪个是牵制释放装置相信都可以猜出来了吧?注意不是那三个被撅起来的装置,而是箭体底缘四个比较敦实的装置。只要在这个装置释放前火箭还有继续立在地球表面的可能,一旦它都动作了那真是开弓没有回头箭,地球的重力被火箭毫无羁绊地抛在身后。
我国新一代运载火箭将使用牵制释放装置,所以长五或者长七在海南首飞的时候你就会发现,倒计时改成了起飞倒计时了,发动机在之前约4秒就点火了。与之有关的科学论述,可以参见:程静, 朱良平, and 首俊明. "牵制释放在发射过程中的风险分析及思考." 装备指挥技术学院学报 21.2 (2010): 56-59 等。引用:
我国新一代运载火箭方案采用牵制释放技术,主要有2个方面的目的:一是防止点火时发动机故障,能实施紧急关机,将火箭安全地牵制在发射台上;二是消除发动机点火时建立推力的时间不均衡对火箭初始姿态的影响。新一代运载火箭的液氧煤油发动机和芯级液氢液氧发动机启动指令发出后,需要在一定时间内才能达到固定推力,为了消除发动机在点火时的影响,需要采用牵制、缓释技术。
而牵制释放流程及相应的风险:

中国和美国的发射倒计时为什么不一样?

中国和美国的发射倒计时为什么不一样?

1992年长二捆发射澳星紧急关机事件,起飞测量触点大部分都有位移了,也就是说如果别的发动机关机慢,火箭就会从支撑点上倒下来,这个想想就太恐怖了。有兴趣的可以在网上搜索一下《撼天记》这部纪录片,里面有详细记载,火箭紧急关机后,箭体相对发射台架是有明显位移的。所以说倒计时上看似无关紧要的细微差别实际上反映的是发射模式的天壤之别。
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就为赚分嘛
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几头雾水…
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