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冰山上的来客 - 人类首枚入轨天然气火箭一子级残骸搜寻记

接受打赏的小语 航空物语 2023-10-12

青藏高原深处,绿草如茵的河滩上,吃饱了的牦牛在紫色的高原杜鹃花丛中休憩,土拨鼠从洞穴探出脑袋,机警打量这片被巍峨雪山隔离的土地。

突然一阵巨大轰鸣,来自太空的不速之客降临世外桃源。土拨鼠吓得钻回了洞穴,待它下次探出脑袋,就看到几辆越野车飞驰而至。对于车上的乘客,这意味着又一次火箭一子级搜索处理任务拉开了帷幕。

今天,他们的搜索目标是人类首枚以天然气为燃料(液氧甲烷燃料组合)并成功实现入轨的运载火箭 - 由我国蓝箭航天研制的朱雀二号完成使命后抛下的一子级箭体。

2023年7月12日9时整,朱雀二号遥二火箭在酒泉卫星发射中心点火升空,成为人类首枚成功入轨的液氧甲烷运载火箭


为什么要搜索火箭废弃一子级‍‍
运载火箭通过燃烧燃料来获得入轨所需的高度和速度。根据物理原理,火箭在飞行过程中减少的重量越多,越有利于其获得速度,因此现代火箭都采用多级设计。每一级燃料耗尽后都被及时抛弃,以减轻箭体重量。

火箭第一级分离时候,高度只有几十公里,仍处在大气层内;速度也远未达到入轨要求,因而会落回地面。每次发射前,任务实施单位都会通过至少几千次仿真计算以及多次实地考察,划定方圆几十公里的落区。落区之内没有重要军民用设施和大型居民聚集区,并且发射时还要组织人员疏散到户外观察躲避。朱雀二号一级火箭落区位于人迹罕至的青海高原,倒是省下不少工作。

美丽的河谷,朱雀二号遥二火箭的一子级残骸就将落在这片区域。

但是,工作人员依然需要跋山涉水,尽量搜索到一子级残骸,主要基于以下需要:
1、回收数据记录仪。火箭飞行数据除了通过遥测系统传回地面,也会保留在登机箱大小的箭上记录仪里。相对于前者,后者不受无线电信号传输干扰影响,保存的数据更完整、更可靠,对后续改进火箭有着重要意义;
2、无害化处理火工品和危险品。为了在出现异常时能够及时中止飞行,火箭都安装了能够由地面遥控引爆的炸药,一子级坠落后,这些炸药都应由专业人士无害化处理。此外,还需要将火箭上的高压气瓶完全放气,防止可能出现的风险;
3、统计数据,优化落区划设。搜索队员详细记录各块残骸落点坐标,用于核验理论计算是否准确、落区划设是否合理。
2023年7月初,由蓝箭航天、国家专业搜索力量以及火工品供应商组成的联合搜索队到达青海,拉开了任务帷幕。

迎接天外来客
搜索任务在火箭发射前几天就开始了。
队伍首先与落区当地人武部等对接单位建立联系,共同走访落区,了解社情民情、制定疏散避险方案、规划搜索队进出落区的路线,并将相关要求通知到区域内的单位和个人。

勘察落区的队员

落区面积高达几十平方公里,有时还有雪山阻隔,因此勘察工作常需要几天完成。爆胎、陷车时有发生,午饭一般都泡面解决。老队员说,这一阶段常常比正式任务还辛苦。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍
任务当天,搜索队分兵几路,提前几个小时到达落区边缘的集结点待命。每支小队都配备有无人机和光学观测器材,以期在广大区域第一时间发现火箭踪影。

搜索车与撤离的牧民车辆迎面相遇


队员站在制高点观
7月12日上午9点刚过,队员通过卫星电话收到了“快递已发出”的信息(落区没有手机信号),朱雀二号遥二火箭准时点火。搜索队无人机全部起飞,从高处密切观察落区;发射当天落区有较厚的云层,目视观察不便,因此大家还需要通过“听音辨位”来估算残骸落地位置。
几分钟后,随着“轰隆隆”的巨响,火箭的一子级成功完成任务,在短暂的飞行后重回大地。多数时候一级箭体会比较完整地触地,但也有在空中因摩擦受热而提前解体的情况,这枚朱雀二号就是后者。
零碎的箭体纷纷扬扬落下后,搜索队按捺住发射圆满成功的喜悦心情,迅速驾车驶入落区,地面观察和无人机搜索相结合,重点寻找数据记录仪以及疑似安装了火工品的部分。

检查火箭发动机残骸。专业的工程师可以通过残骸判断飞行过程中发生的情况,对后续型号研制有很大帮助。

火箭的高压气瓶是非常重要的一个部件。在坠落地面后,搜索队需要确认气瓶是否已经放气,防止爆炸。

除了搜索队自行寻找以外,陆续返回的居民往往也能过提供有价值的线索。搜索队也会与他们核实地面设施财物有无破坏,如有,折价赔偿。

朱雀二号遥二火箭的一个控制器就是一位牧民发现的,队员与他合影留念。从某种意义上说,航天也是离不开群众支持的“人民事业”。

朱雀二号遥二火箭的四台一级发动机都坠落在海拔4600米左右的高山中,得益于当地牧民提供的线索,四台发动机均被找到。

有时候箭体散落范围比较广,或者落点偏差较大,搜索队就要在3、4千米海拔的雪域高原奔波几天,方能完成任务。但幸运的是,朱雀二号遥二火箭早上出征,队员们借着漫长日照,当天就基本完成了既定工作。晚上大家返回驻地,还与远在酒泉卫星发射中心的同事“同频共振”,举行了小小的庆祝仪式。
回想去年12月初,不少队员也曾克服疫情、寒冷、缺氧的挑战,在这片荒无人烟的高原迎接朱雀二号遥一火箭到来。看到一子级按计划抵达的那一刻,他们也曾激动,也曾欢呼,但随即就收到火箭因二级游机(用于调整姿态和末段增速的辅助发动机)故障而未能入轨的消息,心情跌落冰点。
但困难打不倒中国航天人。大家又马不停蹄地参与到遥一火箭归零和遥二任务筹备当中,最终短短7个月后,在阳光明媚的夏季,收获喜悦。

未来,还需要搜索工作吗‍‍‍‍
其实,一子级搜索是个注定逐渐消亡的工作。
一方面,火箭复用已经成为全世界公认的航天发展方向。无论是SpaceX等国际商业航天巨头,还是我国国家队,或是蓝箭等中国民商企业,都已经研制出或者明确规划了一子级乃至全箭可以复用的产品。复用火箭在指定场所降落,不需要搜寻。
另一方面,即便是当前仍在国内处于主力地位的一次性火箭,我国航天工作者也通过增加栅格翼等措施,将一子级落区控制在几公里见方范围内,这足以将搜索队的工作从搜山巡川探寻变成“守株待兔”,并极大降低了箭体对地面人员设施造成伤害的可能性。
不过,美好愿景还需要至少几年才能够实现,而在那之前,我们的航天任务都还需要那么一群人,置身雪山、草原、荒漠、森林、峡谷……,默默无闻地迎接天外来客。

落区除了平坦的河谷,还包括连绵的雪山。好在近年来技术的发展使无人机也参与进搜索行列。

这里没有平坦的路面,很多时候需要考验司机师傅“越野”的技术。

他们与发射场上的操作手、实验室里的科学家、测发大厅里的工程师、运筹帷幄的指挥员一样,都是“万人一杆枪”的航天事业里,不可或缺的一员。
向航天人致敬!

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