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神舟飞船不能在海南文昌发射,因为长征二号F火箭有“毒”?

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神舟十二号与神舟十三号载人飞船都由长征2F运载火箭在甘肃酒泉卫星发射中心发射升空,有朋友问:我们现在已经有了海南文昌发射场,听说那里的好处很多,为什么不选在文昌发射,偏要选择条件恶劣的西北荒漠?

理论上任何一个发射场都可以发射载人飞船,但酒泉卫星发射中心却是神舟飞船最理想的发射地。今天我们就来分析分析为什么是这样。


酒泉卫星发射中心

长征二号F(CZ-2F)是我国专门用于发射载人飞船的一型运载火箭,它是由长征二号E改进而来,能将总质量达8.8吨的飞船推送到近地轨道,并且针对载人发射任务高可靠性的要求大幅度增加了安全冗余,火箭可靠性指标达0.97,将航天员安全性提升到了99.7%。长二F从神舟一号开始的发射全部成功,经过神舟五号、六号任务之后进一步消除箭体POGO振动,现已经成为一枚口碑极好的运载火箭,得到“神箭”的美称。


“神箭”长征二号F

长征二号F的助推器、芯一级和芯二级都采用了YF-20B火箭发动机,这型发动机使用偏二甲肼作为燃料、四氧化二氮作为氧化剂,二者合称推进剂,这两样都有毒。


长二F点火时喷出黄色四氧化二氮

长征二号F火箭起飞总质量约493吨,在发射前,火箭的四个助推器共加注推进剂约41.5吨,芯一级加注186.6吨,二级火箭加注84.8吨。也就是说,推进剂占了火箭起飞总质量的63.5%,但这些推进剂并不会完全烧尽。


长二F燃料箱里的推进剂都有毒性

火箭发射后154秒,火箭助推器关机并分离;第159秒,一级发动机关机,一、二级分离;约212秒,火箭冲出大气层稠密区,抛整流罩;之后由二级火箭推着飞船继续加速前进。由于前面的速度不够快,助推器与一级火箭残骸会掉落在距离发射场约650公里远的地方,整流罩则将飘落在880公里远处。


火箭残骸会落在650公里远的地方

因为考虑到飞行过程中受到高空风的影响,火箭调整姿态可能需要消耗更多燃料,所以在推进剂加注时往往会留一些余量,这样当火箭残骸掉落到地面时,助推器和一级燃料箱里常常会残留没烧完的燃料,我们在前面说了,这些燃料是有毒的。

偏二甲肼(C2H8N2)是液体火箭和战略导弹经常采用的一型燃料,它的优点是比冲值高,能以更小的质量获得更大速度;并且这种燃料稳定性好,能在常温下长时间保存、对冲击不敏感,加注之后即便推迟发射也不需要把它重新抽出来。这对于时刻需要保持戒备状态的导弹来说非常重要,对于“看天吃饭”的载人飞船发射也是很重要的。偏二甲肼的缺点就是它易溶于水、有毒,人接触多了会致癌,并且溶解了偏二甲肼的污水处理起来比较麻烦。

与偏二甲肼配对的氧化剂四氧化二氮(N2O4)是一种黄褐色气体,有刺激性气味,可溶于水。因为它有强烈的氧化性,因此对于生物来说也是有毒的。


坠落在无人区的长二F残骸

长征2F火箭发射神舟飞船后,助推器和一级火箭残骸通常会坠落在内蒙古鄂托克旗西部广阔的无人区,这里干旱少雨,残骸收集处理后可以将污染控制在最小范围。但要是选择在海南文昌发射长二F,将可能污染南海中沙群岛附近大片海洋,对渔业生产造成不利影响。

那么,如果我们以后不使用长征二号F火箭发射飞船,而使用更加环保的液氧煤油发动机、氢氧发动机来推进,是不是就可以把发射场转到海南了呢?


长征五号发射时喷出大量水蒸气

选择酒泉作为飞船发射场与长二F火箭自身特点有关,也跟发射条件有一定关系。

我们都知道在神舟十二号发射的同时,神舟十三号作为备份同时具备了发射条件;同样地,神舟十四号也与神舟十三号同时出现在发射场——载人航天发射讲求万无一失,并且时刻要为可能出现的紧急情况做好准备。当飞船在空间站出现故障,我们希望有一艘新的飞船很快去接替它,把航天员安全带回地球,这就需要备份飞船尽快发射。海南的天气多变,你不能保证在合适的发射窗口出现时天公作美。

酒泉卫星发射中心地处西北内陆,属内陆沙漠性气候,这里干旱少雨,一年中有320天适合火箭发射,极少出现在发射窗口遭遇狂风暴雨的情况。从这个角度看,虽然酒泉的条件艰苦些,却是航天发射的理想之地。


神舟十二号发射时晴空万里

酒泉卫星发射中心是中国最早的火箭基地,我们的第一枚地地导弹、第一颗卫星“东方红1号”、第一枚远程运载火箭都是从这里发射升空。六十多年来,一代代航天人在这片戈壁荒漠挥洒汗水,用理想、热血乃至生命书写历史,也创造出无数奇迹。今天的酒泉是一片欣欣向荣充满希望之地,这里有完备的设施可以满足载人航天发射需求。以后即便是我们有了新的、更好的火箭与飞船,向天宫空间站发射载人飞船依然还会选择酒泉,而不是文昌。


文昌发射场适合发射重型火箭

当然了,文昌发射场的优势是纬度低、运载火箭的效率更高,可以发射更大、更重的载荷。以后如果我们实施载人登月,探索星辰大海,应该会优先从文昌出发。

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