火箭发射为何要倒计时
发布日期: 2020-12-03
信息来源: 我们的太空
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11月24日4时30分,长征五号运载火箭从中国文昌航天发射场起飞,将重达8.2吨的嫦娥五号探测器精准送入地月转移轨道。探测器于12月1日23时许成功着陆月面后,着陆器和上升器组合体于12月2日4时53分完成了月球钻取采样及封装。
3、2、1,点火!
随着一声令下
火箭尾部喷出一股火焰
腾空而起飞向遥远的宇宙
各国火箭发射几乎无一例外都采用倒计时的方式。之前小编为大家科普了“大火箭”为何点火后9秒才起飞,那么火箭发射前为什么要倒计时呢?这就要从两部科幻作品说起了。
1.《从地球到月球》
1986年,“科幻小说之父”儒勒·凡尔纳出版了第一部描述太空探索的作品《从地球到月球》,故事以美国南北战争结束为背景,大炮发明家们从战场归来,无所事事的他们把目光投向了月球,想出坐进“炮弹车厢”,搭乘超级炮弹前往月球探险的故事,所谓的大炮就是火箭雏形。
《从地球到月球》小说插图
书中把发射时间记为 T0 ,大炮俱乐部在全球募集资金,铸造了前所未有的“哥伦比亚”大炮,并在开炮前一切准备就绪,唯一不同的是,开炮前指令员按自然时间进行顺数计时:35、36、37、38、39、40、开炮!以此规划整个发射进程的制度设计,是科幻作品的首创。
《从地球到月球》小说插图
2.《月球少女》
1929 年,科幻影片《Woman in the moon》(《月球少女》)向电影观众首次呈现一枚登月火箭发射升空的全过程。比阿波罗登月(1969年)早了40年,比人类第一次进入外太空(1961年加加林)早了30多年。其中关于火箭点火的细节,包括火箭发射倒计时和宇宙空间失重的描述都很新颖到位。
《月球少女》剧照
电影大师弗里茨·朗为吸引观众注意力,在影片中营造“时间紧迫”的戏剧性气氛,在火箭发射镜头中设计了“.........3、2、1、现在”的倒数镜头,电影成了这种发射模式的先导。
《月球少女》剧照
3.倒计时的意义
20世纪30年代德国制成的第一枚试验火箭,以及后来40年代初研制的“V-2”火箭,都采用了这种倒数计时的发射程序。我国在每次发射时也同样采用了这种程序,由“01”指挥员组织各系统工作、监测系统和倒计时点火。说起“01”指挥员,我们通过一个视频来了解一下“01”指挥员在火箭发射前都干些什么吧
真实的火箭发射使用倒计时仍然具有实用意义——火箭发射时使用倒计时,真正的作用在于确认火箭发射的时间零点。它既严格又科学地把火箭在起飞前的各种动作按时间程序化,以确保“万无一失”。
搭载神舟五号飞船的长征二号F运载火箭成功发射
如果把从火箭上发射架到任务完成的整个任务过程,以时间轴为数轴的话,那么发射的时刻就可以作为数轴的零点,我们把它命名为 T0 。当火箭发射时,T0 时刻就会自动传输到所有的测控站。不同国家在火箭发射倒计时的具体设置上也有差别。比如,我国的火箭倒计时是点火倒计时——以火箭点火时刻作为 T0 ;而美国的火箭都是采用起飞倒计时——以火箭起飞时刻作为 T0 。
4.T0 时刻
造成这种差别的原因是,中国并未采用在美国普遍使用的牵制释放装置,火箭起飞与否全凭发动机的推力;而各个发动机的动作也不完全同步,作为结果的火箭起飞时间无法人工控制,所以只能倒计时点火,然后测量起飞时间。
被“锁”在发射台上的美国土星五号火箭
与之相对的,采用牵制释放装置的美国火箭起飞前被“锁”在发射台上,在起飞前的几秒点火,牵制释放装置会在火箭达到额定推力时解锁放飞火箭,火箭起飞的时间即为 T0 。由于牵制释放装置允许各个发动机在火箭静止状态下工作一小段时间,它可以消除不同发动机间推力不同步的影响,从而更精确地控制时间。
负责火箭发射的所有部门就从 T0 倒推各项工序和部件的完结时间。随后,火箭发射的各个部门从数月、数周、数天开始不断归结倒推,到发射前的数小时、一小时、半小时、一刻钟、五分钟、一分钟……直至指令员宣读 T0 之前的最后十个数,将全体工作人员的任务以最极端、最为具象的方式表现出来——这才是火箭发射倒计时的最完整体现。
倒数或者呼号的意义在于,让参与协作的人能快速知晓当前系统的状态, 以便其做出正确的反应, 同时对即将到来的事件做好心理准备。比如燃料罐的压力参数会随着发射前不同的时间发生相应的变化, 倒计时可以让负责监控的人员知道当前的压力度数是否在正常范围内。如果倒计时停止,比如某系统出现故障的情况,其他分系统的人员要做好相应的中断措施。
这一精巧的设计简单明了,清楚准确,突出地表现了火箭发射的准备时间逐渐减少,使人们思想集中,产生准备时间即将完毕、发射就要开始的紧迫感。所以世界各国的火箭、导弹和航天飞机的发射,大多都沿用了这种倒数计时程序,并广泛应用到其他领域的计数计时中。
(责任编辑:周雁)