長征五號B殘骸墜落，外媒跳腳，美國公司真能回收大火箭？_風聞
老粥科普-公众号：老粥科普2022-07-31 13:55
據中國載人航天辦公室確認，2022年7月31日0時55分左右，長征五號B遙三運載火箭末級殘骸已再入大氣層，落區位於東經119.0°，北緯9.1°周邊海域，絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷燬。
此前，有馬來西亞網友在古晉地區拍攝到有“流星”劃過夜空，哈佛天體物理學家喬納森·麥克道爾認為這“流星羣”就是長五B墜落的殘骸。由此可判斷殘骸墜落之前的飛行軌跡是自西南向東北方向，軌道角度約41°，與長五飛行軌道面數據契合。
馬來西亞網友拍到的視頻片段
2022年7月24日，長征五號B運載火箭成功發射“問天”實驗艙，掀起中國空間站在軌建設的新高潮。西方媒體對“天宮”的報道一筆帶過，反而再一次熱炒長征五號火箭殘骸重返大氣層“有可能砸到人”。
Space竟稱長五碎片有“25噸”
或許是對火箭缺乏瞭解，國內的一些朋友也跟着擔心起來，説人家美國的火箭早就實現了可回收並重複使用，咱們的長征火箭還是一次性的，既浪費又危險，是不是太落後了？
長征五號B火箭一級殘骸墜落
隨着科學技術的進步，太空發射活動越來越頻繁，從天上掉東西這事也越來越常見，不僅有各種報廢的衞星，也包括髮射衞星的火箭殘骸。國際空間站更換儲能電池後，直接用機械臂把幾噸重的舊電池朝下扔。
長征五號B在發射“問天”實驗艙的過程中，火箭四個助推器在起飛後約3分鐘關機並與火箭分離，整流罩則在1分鐘後被拋棄。
長征五號B發射過程中助推器分離
整流罩的作用是減少空氣阻力，防止空氣摩擦對發射載荷造成氣動加熱，拋掉整流罩就意味着火箭已經達到100公里高度，“飛出了大氣層”，可以把它拋棄以減輕重量。由此我們可以推斷，長征五號B的四個助推器是在大氣層內就分離並落入南海海域。
火箭飛出大氣層後拋整流罩
與長征五號標準型不同，長征五號B是為空間站發射任務專門打造的“一級半”火箭，這個“半級”指四枚助推器，它們為火箭起飛貢獻了約90%的推力；而長五B的“芯一級”負責將“問天”實驗艙加速到7.9公里/秒的高速度，以追上在軌運行的天宮空間站。
當“問天”的飛行高度與速度達到計劃要求後，長征火箭一級發動機關機並與載荷分離。也就是説在連續運行500秒之後，火箭就處於沒有推力且“不受控”的狀態。
長五B一級火箭在大氣層外與載荷分離
火箭發動機關機之後並不會立刻就掉下來，因為它的速度快啊，所以就會跟實驗艙一起繞着地球飛。實驗艙上裝了小發動機，它能在地面控制下變軌並且慢慢靠近空間站。
長征五號一級火箭的燃料耗盡，發動機也就不能再啓動，變成了一個“火箭殘骸”。
雖説是“出了大氣層”，但在距離地面一兩百公里的高度還是會有稀薄的空氣，空氣阻力不停地給火箭殘骸減速，並最終讓它掉回地面。西方媒體拼命炒作的，就是火箭殘骸落回地面這件事。
長征五號B火箭能將重達25噸的有效載荷發射到距離地面400公里的近地軌道，它的一級火箭有33.16米高，直徑達5米，起飛總質量達186.9噸。由於火箭裏邊裝了165.3噸推進劑，因此一級火箭的“乾重”只有21.6噸。
但不管怎麼樣，一個20多噸重、11層樓高的大傢伙，從200公里高的天上掉下來，砸到花花草草也就算了，這要是掉在城市裏，砸到人……想想也挺可怕的不是嗎？
我們在文章開頭説了，現在火箭發射頻繁，天上掉東西的事情很常見，與長征五B類似，歐洲阿麗亞娜火箭的助推器就經常掉到海里，與在一旁打撈的橡皮艇比起來也顯得十分巨大。
火箭助推器大多在大氣層內分離，它們掉落的位置不遠，並且落點可以預測，只要事先撤離相關區域的人就不會造成傷害。怕就怕你不知道它會掉在哪兒，冷不丁天上掉一個大火箭下來。
在宣傳上，西方媒體玩了一個花招，他們只講長征五B有21噸重、很龐大，卻隻字不提這個火箭殘骸會在大氣層裏基本燒光，實際落到地面的東西非常少。
與馬斯克亮閃閃的不鏽鋼“星艦”不同，世界上絕大多數火箭都是用很輕的鋁合金製造。因為鋁合金有足夠的強度，同時密度低、足夠輕，能用最小的代價送衞星上天。
長征五號B火箭殼體厚度大約只有3毫米，這與5米直徑的大塊頭比起來簡直可以用“薄如蟬翼”來形容。長五B的燃料儲罐也是用鋁合金打造，卻能承受極高的內部壓力，如果把它按比例縮到易拉罐的大小，火箭燃料儲罐的厚度僅是易拉罐的三分之一！
當地球之外的小天體進入到大氣層時，它會與大氣層裏的空氣分子發生高速碰撞與擠壓，這種碰撞的能量傳遞到小天體表面產生近2000℃的高温，於是我們就能看到閃亮的火流星。
空氣的氣動加熱適用於一切高速進入大氣層的物體，包括隕石、載人飛船、失效的衞星和火箭殘骸。
載人飛船依靠特殊的“防熱大底”來阻隔和蒸發熱量，從而保護飛船裏的航天員，火箭殘骸沒有防熱措施，它會在高速再入大氣層時被加熱到一兩千度。我們知道鋁的熔點為660.37℃，所以長征五號B薄薄的殼體將在高空迅速軟化、破碎、變成鋁液滴。鋁是一種化學性質非常活潑的金屬，高温鋁液滴會與空氣中的氧氣發生化學反應，劇烈燃燒，變成一團團明亮的火球，化為灰燼。
並非火箭殘骸的所有部分都能在大氣層裏燒完，比如獵鷹火箭裏邊碳纖維的燃料儲罐，以及土星五號發動機的噴口。
有一些零件本身就耐高温，又或者隨着高度的下降，殘骸墜落的速度大幅度衰減，温度降低。於是就會有一些殘骸以大約90米/秒的速度砸向地面或者掉進海里。
你可能會説，為什麼我們不造像美國“獵鷹9號”或“獵鷹重型”那樣的火箭？只要把火箭回收，就可以不必擔心它會砸到人，並且還能節省發射成本。難道我們還不如美國一傢俬人公司？
兩枚獵鷹重型助推器發射後回收
垂直着陸並不是什麼高深的技術，中、美航天器在月球表面着陸的難度要大得多。但將它用於火箭的商業化飛行，並且成功回收上百次，SpaceX是唯一的一家。
“獵鷹”火箭只能回收它的第一級，它就像長征五號B的助推器一樣，不會飛出大氣層，因此它們的末端飛行速度不快，可以用比較少的燃料來減速、調整飛行姿態，然後垂直降落到着陸區。
火箭回收時需要消耗大量燃料
由於返回時需要開啓火箭發動機，火箭裏也得保留一部分燃料，這些燃料是在發射時就裝在火箭裏的，相應地就大幅度減少了火箭的有效載荷。
“獵鷹-9”火箭理論上最多能推22.8噸的衞星到近地軌道，只比長征五號B差一點。但要想回收它的一級火箭就只能運16.25噸，送“問天”實驗艙還差很遠。
“獵鷹重型”將三枚獵鷹一極火箭捆綁，其近地軌道全推力運載能力達63.8噸，按理説發射中國空間站沒問題。但是到目前為止，這款火箭三次發射中最重的是一顆6.4噸的衞星（Arabsat-6A）。
所以，包括美國在內，世界上能發射中國空間站三大模塊同時又可控回收的火箭只存在於PPT上，以及某些網友的想象中。
實際上SpaceX不是沒想過回收“獵鷹9”的二級火箭，但由於將第二級火箭從23倍音速降到可接受的速度需要消耗太多燃料，根本就沒辦法發射衞星，最後不得不放棄。“星艦”？等它成了再説。
我們要的是高成功率，資金寶貴，時間更寶貴，炸不起。
講了這麼多，你可能還在關心長征五號B殘骸掉下來，會不會真像外媒講的那樣砸到人？答案是有這個可能性，但概率極低。
長征五號B一級殘骸中的絕大部分會在大氣層中燒盡，其餘像發動機的高温合金、一些不燃的複合材料、絕熱管、以及少量輕薄的部件會落回地（海）面。但據哈佛天體物理學家喬納森·麥克道爾的説法，火箭墜落地球后擊中人的概率僅為幾十億分之一，相比之下，人被隕石命中的概率大約是7億分之一，一個人一輩子遭雷劈的概率是12000分之一。
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參考資料與圖片來源：
1、CCTV：直播“長征五號B遙三火箭發射問天實驗艙”
2、維基百科：大氣再入，獵鷹9，獵鷹重型，長征五號，國際空間站，鋁
3、南華早報：“我們應該擔心中國火箭撞擊地球的空間碎片嗎？”
4、Space網站：“不要對本週末的中國太空垃圾墜毀事件感到恐慌”
5、Theverge網：“SpaceX火箭碎片墜落在華盛頓的農場”