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火箭发射时,都有哪些安全措施?

来源:zkyzswx    发布时间:2019-01-10 21:17:59
摘要:从1957年10月4日苏联将人类第一颗人造卫星送入太空至今,人类已经走过了近60年的太空探索历程。尽管已经创造了一次又一次的奇迹,但航天工程技术至今仍不够成熟,航天事故仍然时有发生。


搭载“天鹅座”无人飞船的美国轨道科学公司“安塔瑞斯”火箭升空6秒后爆炸,欧洲“阿丽亚娜5”型火箭首次飞行时凌空爆炸,俄罗斯“质子 M "火箭遭遇过7次发射失败。所有这些,都印证着航天发射仍是一项高风险的活动 。在航天发射场建设和火箭发射的过程中,航天技术人员们已经考虑了事故的风险,采取了诸多措施,降低事故发生时的损失。



安塔瑞斯火箭坠地后爆炸


无论是固体火箭还是液体火箭,使用的推进剂都是易燃、易爆的材料。一旦火箭在发射台上或刚刚起飞时爆炸,会给地面上的人员造成巨大的伤害。1960年10月24日,正在测试中的苏联 R-16 型洲际导弹在发射台上爆炸,包括苏联战略火箭军第一司令米特罗凡·涅杰林元帅在内的数十人遇难。2003年8月23日,巴西阿尔坎特拉航天发射中心在进行“VLS-1 V03”运载火箭的检测时,火箭第二级因为静电而错误点火,火箭随即爆炸,21名巴西航空航天技术中心人员遇难。


火箭爆炸的破坏力,主要来自于爆炸产生的冲击波、碎片和热流 。为了控制这类事故的危害,火箭发射前,工程师会根据火箭使用的推进剂的种类和数量,计算火箭爆炸产生的冲击波、碎片和热流在不同距离的破坏程度。


同时,液体火箭使用的偏二甲肼、四氧化二氮等推进剂还有一定的毒性和腐蚀性。火箭爆炸后,未在爆炸中燃烧的推进剂形成的成毒气云团也会造成危害,且波及的范围比爆炸本身所影响的范围要广。因此,在估算爆炸威力的同时,也会估算爆炸发生后不同距离上毒气的浓度,来确定它的影响范围。


火箭的正常发射时,会发出巨大的噪声,在发射塔附近可达160 dB ,如果火箭发生爆炸,噪声可达190 dB 。为了保护发射场附近人员的听力,也会估算不同距离上的噪音水平。


有了这些数据,就可以确定哪里安全、哪里危险了。以某型火箭为例,一旦其在发射架上发生爆炸,冲击波超压将在2 Km 外降低到0.003 MPa ,不会对人员造成损伤,对建筑的危害仅限于震碎部分玻璃,噪声也会降低到安全值115 dB 以下。爆炸产生的热辐射的作用直径在1.7 Km 左右,爆炸产生的碎片大部分将散布在1.5 Km 之内的区域。假定10%的燃料形成毒雾顺风扩散,在6 Km 之外其浓度将降低到安全范围。


综合以上这些因素的安全距离,取最大的6 Km 为标准。在发射场设计时,一般会将人员密集且与发射没有直接关联的办公、生活区放置到这个距离之外。如果同一发射场设置了多个发射工位(发射塔架),一个工位上的上的火箭发生爆炸后,有可能对另一个发射工位造成破坏,引发那个工位上的火箭殉爆,产生更大的危害。因此,如果同一发射基地的两个工位要同时树立火箭,其距离也应保持在2 Km 以上。


巴西火箭爆炸后的发射架残骸


在发射进行时,根据爆炸在不同距离对人体产生的危害,将发射场划分为破坏区(死亡)、危险区(重伤)、有危险区(中等或轻度伤害)、有风险区(噪声超标)和安全限制区(基本无伤害)五个区域。


发射开始前,处于破坏区、危险区和有危险区的工作人员必须撤离或进入防护掩体。苏联 R-16 导弹爆炸之所以造成了巨大伤亡,就是因为大部分遇难者没有按照要求进入掩体。同时,会严格限制进入有危险区的人员数量。


公众在观摩火箭发射时,除了要处在安全限制区或更远的区域外,其所活动的区域一般处在火箭飞行的反方向。


火箭在发射后的飞行过程中,将会陆续把完成任务的部件丢弃。比如,在火箭第一级的燃料耗尽后,火箭的一级和二级分离,一级火箭被抛向地面。这些部件坠落时,可能会在地面造成伤害。


因此,发射前要对火箭飞行路径上可能坠落部件的区域进行估计。如果落区恰好处于人口稠密区域、重点保护区域或重要设施所在的区域,就要调整飞行方案,以满足安全要求。如美国的卡纳维拉尔角航天基地,为了避开人口稠密区,在那里发射的火箭只能向东北或东南方向飞行(发射方位角35度~120度),从而不能发射极轨卫星。


火箭上一般都设置有自毁装置。如果火箭起飞后出现故障, 偏离预定飞行路线,危及被保护的地面目标的安全时,火箭的自毁装置就会启动,将火箭在半空中炸毁。火箭自毁装置的启动指令,可以由火箭上搭载的自动判别装置发出,也可以由地面上的控制人员发出。“挑战者”号航天飞机空中解体后,失控的固体火箭助推器在地面控制人员的指令下启动自毁装置,避免了灾难的扩大。



卡纳维拉尔角基地允许发射方向


作者李会超,系中国科学院国家空间科学中心博士生


来源:中国科学院国家空间科学中心



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