问题

中国火箭发射的失败案例中,为什么很少发生火箭爆炸的情况?

回答
中国航天事业一路走来,虽然也经历过挫折,但在火箭发射的失败案例中,确实很少出现我们想象中那种毁天灭地的“爆炸”场面。这背后隐藏着一系列精心设计的安全措施和技术考量。

首先,我们要明确一点,“爆炸”这个词在航天领域往往有特定的语境。我们通常说的火箭爆炸,是指发动机失控、燃料快速燃烧膨胀,瞬间释放出巨大的能量,导致整个火箭结构瞬间解体并伴随强烈的冲击波和火焰。而中国火箭的失败案例,更多时候表现为性能下降、姿态失稳、未能达到预定轨道,甚至在空中姿态变得异常,但并不一定伴随剧烈的爆燃。

那么,为什么少有“爆炸”呢?这主要归结于以下几个方面:

1. 精密的弹道设计与飞行控制:

火箭发射并非简单的“点火起飞”。每一次发射都有着极为精确的弹道设计,确保火箭在飞行过程中按照预定路径前进。如果火箭在发射初期就出现动力系统的问题,例如发动机推力不均或熄火,指挥系统会通过分析数据,快速判断是需要终止任务还是有其他应急预案。

故障隔离与自主终止: 现代火箭的设计非常注重故障隔离。如果某一个发动机或某个子系统出现严重故障,系统会尝试隔离故障单元,而不是让整个火箭系统一同崩溃。更重要的是,当故障达到一定阈值,足以影响任务成功率或者对地面人员安全构成威胁时,会有自主终止发射或者空中指令解体的机制。
空中解体: 如果火箭在飞行过程中出现失控,且判断无法挽回,为了避免其坠落到人口稠密地区或者造成更大的破坏,指挥中心会发出指令将其空中解体。这个解体指令是精确控制的,它会通过引爆安装在火箭特定结构上的爆破装置,将火箭分解成相对较小的碎片,这些碎片会按照计算好的轨迹落入预定的安全区域。这种“解体”与我们通常理解的“爆炸”是不同的,它更像是一种“可控的破坏”,目的是将风险最小化。

2. 弹体结构的坚固性与安全性设计:

虽然火箭的结构需要轻量化以提高载荷能力,但其结构强度也必须满足在巨大推力、高空低压以及空气动力学载荷下的飞行需求。

结构裕度: 火箭的各个部件和整体结构在设计时都会留有足够的安全裕度。这意味着即使在某些参数出现偏差的情况下,火箭的结构也能承受住一定的过载而不会立即破坏。
燃料处理设计: 火箭燃料虽然能量巨大,但其储存和输送系统也有严格的安全设计。在出现故障时,系统会优先尝试安全排空燃料,而不是任由其在发动机内失控燃烧。例如,如果发动机出现问题,可能会有指令控制阀门关闭燃料供应,或者进行燃料泄放,以降低火灾或爆炸的风险。

3. 完善的故障诊断与应急处理体系:

中国航天拥有强大的地面测控和数据分析能力。

实时监控: 从火箭点火的瞬间起,地面控制中心会对火箭的各个关键参数进行实时、高频的监控,包括发动机推力、姿态、速度、温度、压力等等。
故障预警与判断: 一旦监测到任何异常数据,系统会立即进行故障预警和诊断。有经验的工程师团队会根据数据分析,快速判断故障的性质、严重程度以及对任务的影响。
决策与指令: 基于对故障的判断,指挥员会做出是否继续发射、是否中止发射、是否进行空中解体等一系列决策。这些决策都基于详尽的风险评估和预设的应急预案。

4. 对可控解体的精细化处理:

如前所述,空中解体是为了避免更大的危害。其设计原理是:

精确的爆破点: 爆破装置会安装在火箭结构上最薄弱或者最容易将火箭分成数块的关键位置,以确保解体过程的有效性。
定向爆破: 部分爆破装置可能还具备一定的定向性,将爆炸能量导向特定方向,以更有效地分离结构件。
落区控制: 所有这些操作都是为了将解体后的碎片准确地落入预先划定的无人区。这需要极其精确的弹道计算和对火箭解体后碎片运动轨迹的预测。

举例说明:

我们回顾一下近些年中国火箭发射失败的案例,例如长征五号遥二任务(2017年)的失败,官方通报是“发动机在飞行过程中出现异常”,导致任务失败。但根据后来的分析和公开信息,其表现并非是瞬间炸裂成火球,而是火箭的动力输出出现了严重问题,导致火箭姿态失稳,最终未能进入预定轨道,并被指令在空中进行了结构分离(一种可控解体)。这种情况下,火箭的整体结构并没有发生那种我们想象中的“爆炸”,而是被分解成了若干个部分,并按照控制指令坠入海洋。

总结来说,中国火箭发射过程中之所以很少出现“爆炸”式的失败,是因为:

设计上就考虑到了失败的可能性,并设置了多重安全防护。
拥有一套成熟的故障诊断和应急处理体系,能够快速响应并做出最安全的决策。
“空中解体”作为一种重要的风险控制手段,是将潜在的灾难性爆炸转化为可控的、可预测的结构分解。

这背后体现的是中国航天技术在安全保障方面的深厚积累和严谨态度,每一项失败的经验都被转化为更成熟、更安全的下一代火箭设计和操作规程。与其说“很少发生爆炸”,不如说我们能够有效地规避和控制可能导致爆炸的风险。

网友意见

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@Shadow 的各个失败总结非常好,我来补充一个爆炸“少”的原因,不是针对中国,对全世界都是适用的


火箭 = 一个装满了爆炸物(氧化剂和还原剂)的运载工具


以登月火箭土星五号为例,它的重量约为3000吨,其中大约200吨是结构、发动机等,大约45吨是送到月球的,等于说90%以上重量是燃料。

因此,

火箭发射 = 不断点着炸药包把载荷送上天

这个说法是没什么问题的。


而且火箭一直工作到最后一刻的过程中,是一直在消耗燃料的,甚至普遍会有所剩余,毕竟要留有一定余量嘛。

你还可以想象,由于火箭要求在这么短的时间内爆发这么大能量,它的氧化剂和还原剂是极容易燃烧或爆炸的。


这意味着,只要火箭出一点问题,几乎都是爆炸,简直没有例外。

而且几乎所有的火箭都有自毁系统,一旦有问题就会自爆。

甚至Space-X回收的一级火箭,就剩那么一丁点燃料了,一不小心还是会爆炸。


而你所提的爆炸,是肉眼可见的爆炸。

但是火箭离开你视野非常快,带着望远镜也看不了几十秒就钻进云层了。

剩下的时间我们听到的就是“XX遥测信号正常、雷达跟踪正常”,显然不能靠眼睛了。

爆炸也不会有什么视频记录或声音记录的。


因此,如果你看到五花八门的各种火箭故障报告,比如“一二级分离故障”、“导航控制系统故障”、“结构出现故障”、“燃料泄漏”、“入轨失败”等,基本可以脑补各种爆炸的声音。


当然,这也是为什么当年尤里加加林、阿兰谢帕德、杨利伟成为本国航天第一人后,都获得了本国最高荣誉称号。

毕竟猴子也知道不要随便坐在一个炸药包上好么?


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技术偏向保守,火箭型号系谱也较少,基本上长期都是在一两个主力型号基础上渐进开发,但是老型号保留的老旧技术太多,潜力非常有限,这就导致了我国运载火箭长期以来的运力低下,不过好处就是,可以对有限的几个型号做相对大量的完善工作,拾遗补阙,可靠性自然就高了。


看过一份统计资料,截止2015年左右,发射成功率最高的是意大利,因为一共就发射了两次,都成功了,然后是欧航局成功率94%(共计200多次),苏联/俄罗斯94%(共计5000多次),中国92%(共计200多次),美国89%(共计2000多次),其他的记不清了,中国在航天方面的投入相比欧美俄少的可怜,能有这样的成功率已经是不错了,说白了,航天到底看的还是真金白银,投入多少,回报多少。

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