战斗民族火箭无惧雷劈?专家详解火箭到底怕不怕雷电
科技日報記者付毅飛
5 月 27 日,俄羅斯一枚聯盟號 2.1b 運載火箭在升空十余秒后,被閃電當頭擊中。不過這枚“戰斗民族的戰斗箭”不為所懼、倔強前行,最終將搭載的格洛納斯導航衛星送入預定軌道。
中國航天科技集團一院運載火箭電氣總體設計師劉秉告訴科技日報記者:“雷暴這種惡劣的氣候條件給航天發射任務帶來的風險比較大,從航天發射任務的安全性角度考慮,運載火箭飛行時需要盡量避開雷暴天氣。”
閃電是云向地面或云層之間的放電現象,隨著云層中電荷的積累,可能產生閃電,也可能不放電。但如果火箭經帶電云層,就會對電場的分布產生擾動。劉秉說,火箭的殼體大部分由金屬構成,其尾焰也往往包含由一些導電物質。因此飛行中的火箭,就像一根幾百米長的導線,使大氣擊穿而產生誘發雷電。
當雷電中的能量以電流形式經過火箭,可能會對火箭造成傷害。劉秉介紹,火箭上裝有許多精密的電子設備和火工品等器件,如果電流強度超出火箭上各種器件的抵抗能力,雷電可能導致這些儀器發生故障,導致火工品誤爆;另外,火箭飛行過程中需要通過無線電信號與地面進行通信,雷雨云會給信號帶來極大干擾。因此如果在雷暴天氣實施發射任務,雷電的強大破壞力可能擊毀火箭,導致整個發射任務失敗。
俄羅斯一名航天界消息人士向媒體透露,據遙測數據顯示,此次聯盟火箭先是被閃電擊中整流罩,隨后又被擊中第三級。不過該人士稱,聯盟火箭上裝有防止雷擊的保護設備。
俄羅斯普列謝茨克航天發射場負責人也在事后說:“天氣對我們來說不是障礙,我們是全天候的部隊。這再一次證明,閃電不可能損害我們的火箭航天武器。”
劉秉表示,火箭扛住一兩次偶發的雷電襲擊,只能表明火箭對雷擊有一定的抵抗能力,不能說明火箭一定具備雷暴天氣下發射的條件。他說,此次聯盟火箭被電擊的部位存在不同程度的威脅。例如整流罩主要用于整流罩用于保護衛星及其它有效載荷,以防止衛星受氣動力、氣動加熱及聲振等有害環境的影響,當火箭飛出大氣層后就會將其拋掉,在整流罩分離部位分布有很多火工品,這些火工品如果直接遭受雷擊就有可能誤爆,進而對火箭產生災難性后果。
航天史上,火箭與閃電發生過不少故事。1969 年 11 月,美國阿波羅 12 號飛船被土星五號火箭托舉升空后,在短短 20 秒內連續兩次被閃電擊中,引發多處故障,艙內許多設備失靈,地面控制中心一度失去了飛船的遙測信號。后來經過一些列調節和檢查,任務繼續進行了下去并最終取得成功。
而 1987 年 3 月 26 日美國發射的宇宙神火箭就沒有這么幸運了。該火箭起飛后不久,在穿越雷雨區時遭遇閃電以致姿態失控。為避免危及地面,控制中心在火箭飛行第 51 秒發出指令,控制它在空中自爆解體。
對于雷電,我國火箭發射中優先采取的策略是“躲”和“防”。
所謂“躲”就是指選擇氣候條件較好的天氣發射,避開惡劣天氣對火箭飛行產生影響。在實施火箭發射任務期間,發射場區會開展嚴密的氣象監測,其中一項重要內容,就是密切監測大氣電場強度的實時變化過程,并對火箭飛行的影響進行分析和評估。如果電場強度超過規定的閾值,發射任務將被終止。
“防”就是指對火箭進行安全防護,通過發射場區的防雷措施保護火箭。例如,發射塔架周圍,往往會有多座或避雷塔環繞守護。除了通過避雷塔防止雷電直擊,避雷塔之間還會拉上金屬防雷索,以增強雷電防御能力。
不得不說,與“奔放”的戰斗民族相比,我們實在是謹慎了很多。但也只有這樣,才能符合“嚴肅認真、周到細致、穩妥可靠、萬無一失”的方針。
此外劉秉介紹,我國科研部門也在開展一系列相關研究,力求提升火箭的“防御值”。目前的思路是從電磁兼容性設計著手,通過改進優化,增強箭上電氣設備的抗干擾能力。但總體方向,還是在適度保持一定防衛能力的前提下,盡量以避開雷電為主。
“如果說,我們把電氣系統的防護層加厚,或是增加防護設備,防雷效果肯定更好。但這會給火箭帶來重量損失,我們不傾向這樣做。”劉秉說,因為火箭在大氣層內飛行的時間很短,基本上起飛一分多鐘后就已經飛出大氣層了,在任務中只有最初一小部分會受雷電威脅。如果在設計上對這方面考慮過多,為此影響到火箭的運載能力,對整個飛行任務來說得不償失。
來源:科技日報文中圖片來自網絡
編輯:劉義陽
審核:管晶晶
總結
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