佚名

　　

　　不久前，在我国长征二号丙运载火箭的一次发射任务中，通过火箭上安装的栅格舵系统，火箭的一子级落点实现了精确控制。这一技术的突破不仅有助于保障落区居民安全，还是未来中国火箭可重复使用的诸多核心技术之一。

　　那么，在人类的航天事业中，过去产生的那么多火箭残骸都是怎么处理的呢？

　　人类航天事业的基石是运载火箭技术，然而受困于强大的地球引力和浓密的大气层，火箭的运输效率极低，有效载荷仅为火箭总重量的1%～5%。

　　以人类有史以来最强的登月火箭土星五号为例，它的总重量约为3000吨。第一级总重约2290吨，其中壳体和发动机质量仅为130吨，其余2160吨都为液氧煤油燃料。发动机工作时间标准流程为165秒，平均每秒燃烧13.1吨燃料，换算成汽油差不多够一辆百公里油耗为10升的小汽车围绕地球赤道开4.5圈！但它能送到月球的有效载荷仅为45吨重的“阿波罗”飞船，比重仅为1.5%。如果考虑到真正的有效载荷仅为三位宇航员和有限的科学仪器，这个效率更是低到令人震惊。火箭的其余部分几乎都是燃料和火箭残骸。

火箭残骸的第一部分：能收则收，不能收则躲

　　火箭残骸的第一部分，在火箭发射不久后会重新返回地面，甚至在火箭刚开始呼啸震动时就开始“掉渣”——这往往是保温泡沫或水汽结的冰。

　　大气密度很高，这个阶段产生的残骸高度不够、速度很低，因而这些残骸根本没能突破大气层。按照火箭推进的原理，所有的火箭几乎都要设计成多级模式，越靠下面的部分越大、推力也越强。这意味着这部分残骸的特点是，非常大、非常贵，也非常危险！

　　以我国每次载人航天都要使用的长征2F王牌火箭为例，在发射后约3分钟内，火箭的逃逸塔、助推器、一级火箭、整流罩等重要组成部分就会相继分离，最后分离的整流罩上升的最大高度也仅为100千米左右，在地球引力作用下，它们必然会返回地球。

　　由于分离时间、分离姿态、气象条件等各不相同，它们的掉落区往往分散且面积巨大。由于历史和技术原因，我国的三大传统发射场——酒泉、太原和西昌，都位于内陆，每次发射都要着重考虑这一批残骸的破坏力。

　　一级火箭和整流罩等往往是体积重量最大、最核心也最昂贵的部分，占火箭总体成本的80%以上，却是最早被扔掉的，非常可惜，也非常危险。

　　处理它们，有效的方式有三种：

　　一是回收。这也是太空探索技术公司（SpaceX）、蓝色起源在研究航天飞机固体助推器和我国新一代火箭设计时考虑的重点因素。目前，SpaceX依靠这个技术声名鹊起。该技术不仅能够依靠一级火箭的反推实现平稳回收，还能利用整流罩的降落伞减速滑翔和接驳船大网实现回收，几乎毫不浪费。

　　二是完全弃用。这是世界主流火箭的主要处理方式，由于传统火箭发动机设计和结构问题，很多火箭根本无法重复使用，几乎毫无回收价值，最理想的情况反而是丢掉。但仅有靠海的发射场能实现这种理想的处理，例如美国的范登堡空军基地、肯尼迪航天中心、卡纳维拉尔角，中国文昌，欧洲法属圭亚那的基地。

　　三是尽力减少残骸影响。苏联拜科努尔、普列谢茨克，中国酒泉、太原、西昌这些内陆发射场，可以大大减少残骸的影响。例如我国在2019年7月26日“长二丙”火箭发射遥感三十号05组卫星时，给一级火箭的级间段安装了栅格舵，在一级残骸落地过程中起到稳定姿态和减速的效果，大大缩小了残骸的可能影响区间，成为世界第二个运用此技术的国家，也为我国未来新一代可回收火箭积累了宝贵经验。在火箭冲向天空的过程中，栅格舵是紧紧贴着火箭的，当火箭的一级部分完成使命再入大气层时，栅格舵正式开始工作，变成火箭残骸的“翅膀”。在“翅膀”的保驾护航之下，最终火箭残骸落在设定的区域。

火箭残骸的第二部分：“天外来客”，可控再入

　　隨着火箭继续飞行，二级火箭将会继续完成推高航天器轨道的重任，以至它分离时往往自身动能已经足以环绕地球。但此时轨道高度依然在200千米左右，这里大气虽然稀薄却可以造成足够的阻力，二级火箭往往还是会返回地球。

　　由于高空大气层的情况复杂，二级火箭被抛弃后姿态也无法确定，返回地球的轨迹、时间和冲击大气层的地点很难预测。2016年6月25日，我国首次发射新一代火箭长征七号，二级火箭在太空中自由飞行了一个多月后，于7月27日晚间在北美中西部再入大气层。

　　但我们不必担心二级火箭造成的威胁。它们没有任何防热措施，再入大气层时速度快，遇到稠密的空气，往往会变成美丽的流星，焚毁在大气层中。

　　也有极个别情况，二级火箭可能变成“飞来横祸”。历史上最接近二级火箭飞来横祸的是一位叫洛蒂·威廉姆斯的美国人。1997年，她与一个德尔塔-2型二级火箭返回地球的碎片擦肩而过。所幸只是轻微擦过，她被吓了一跳，如果再偏一点砸到头上，那就有生命危险了。

　　二级火箭成为残骸时往往已经有能力围绕地球飞行，但返回地球时的状态难以预测且存在一定风险，当然有必要妥善处理。

　　SpaceX在实现第一级回收后，曾经努力回收第二级，可是第二级的价值实在有限，且回收距离太远、成本太高，于是最后放弃了此项技术。但这并不意味着第二级就此被抛弃：它执行任务的周期很短，在任务结束后，可以利用剩余燃料，自己冲进大气层。由于地球表面绝大部分是大洋，可以很容易控制它们焚毁或最终落入安全区域，尽力减少潜在威胁。

　　而对于已经进入太空、距离地球较近且一时半会儿无法返回的火箭残骸，则可以采取人工干扰的方式进行移除。例如进行新一次发射任务，用小型航天器靠近火箭残骸，采用鱼叉法、网捕法、太阳光帆、拖拽法等将其最终拖入大气层焚毁。

　　虽然人类从未被这个阶段的火箭残骸伤害过，但它们对在轨卫星的潜在威胁很大，极有可能造成更多新的太空垃圾，“杞人忧天”还是有必要的。

火箭残骸的第三部分：让出轨道，不復相见

　　对很多高轨卫星而言，旅程远未结束，运送它们的火箭往往还有第三级、上面级等重要结构。

　　例如，我国王牌火箭“长三乙”可以携带一个远征一号上面级，就是靠这个“太空摆渡车”才实现了数次北斗卫星导航系统的“一箭双星”任务。卫星被分离时轨道已经非常高，这些火箭残骸注定不可能返回地球大气层。以2015年7月25日我国“长三乙”+远征一号“一箭双星”发射北斗导航卫星为例，直到今天“长三乙”的第三级仍然飞在近地点382千米、远地点16587千米的大椭圆轨道上。而共同升空的远征一号更夸张，它飞在近地点22042千米、远地点27866千米的超级椭圆轨道上。估计到人类灭绝它都不可能返回地球！

　　事实上，有很多早期发射的高轨卫星带来的火箭残骸，直到今天依然在太空漫游。

　　而对于很多深空探测任务，目标轨道轻易超过月球的距离，这些火箭残骸已经远到无法追踪了。例如，猎鹰重型火箭2018年2月6日首次试射后，它的二级火箭牢牢绑在特斯拉电动车背后，现在大概到了相对地球的太阳系另一面。

　　这个阶段的太空垃圾已经太过遥远，以至于把它们重新带回地球大气层的成本实在太高，得不偿失。此时的有效手段就是让它们远离地球附近的宝贵轨道，进入深空。这个过程基本只能在它完成工作之后自主完成：利用残余的燃料，燃尽最后一滴，尽力逃离地球。

　　例如我国在2015年3月30日用“长三丙”火箭发射北斗I1-S卫星时，远征一号上面级首秀，它在任务成功、将卫星送入轨道后，最后阶段就执行了这么一个命令，拼尽全力远离地球。时至今日，它的轨道距离地球最远点已经达到15万千米，是地球半径的20多倍，根本不可能再与人类相见。

　　人类航天事业是人类科技史上的奇迹，它的方方面面无不闪耀着人类最辉煌的智慧和创造力光芒，即便对于火箭残骸的处理亦是如此。不过，当我们看到火箭残骸的种种处理技术时，更应该对这些“蜡炬成灰泪始干”的残骸保持敬畏——它们牺牲自己，托起了人类一个又一个航天梦想。