韩国发射全国产火箭“世界号”又失败,小国搞航天难在哪里?

2021-10-22 16:53:10 老粥科普

2021年10月21日,当地时间下午5点钟,韩国在它的罗老航天中心发射了一枚名为“世界号”的运载火箭,火箭最终没能把1.4吨重的卫星模型送入轨道,发射失败。

“世界号”火箭从罗老发射

据说“世界号”是韩国“完全自主”研制的一枚三级运载火箭,它总高达47.2米,最大直径3.5米,起飞重量200吨,能将2.6吨的有效荷载推送到距离地面300公里高度的近地轨道,600~800公里轨道的设计运载能力为1.5吨。

与此前发射不成功的“罗老号”不同,这枚新火箭的发动机全是韩国国产,其中第一级采用了4台KRE-75型液氧煤油发动机,总推力2942千牛;第二级用了1台KRE-75真空型发动机,推力788千牛;第三级用的是一台小的KRE-007发动机,真空推力68.7千牛。据韩国空天研究院称,正是第三级发动机过早关机,才导致荷载入轨失败,但火箭已经飞到了700公里高度,“这本身就是一项伟大的成就”。换句话说,面子还是有的。

“世界号”的三级火箭发动机

将1吨以上的大荷载送到300公里以上的近地轨道,目前全世界只有6个国家能做到:美、俄、中、法、日、印。韩国的“罗老号”曾在2013年把一颗100公斤重的卫星送上天,但它的一级火箭是俄罗斯制造,因为美国不高兴,韩俄太空合作便不了了之。

韩国国土面积很小,找一个合适的发射场并不容易,挑来选去,最终将发射塔立在了半岛南部沿海的罗老岛上,命名为“罗老航天中心”。

罗老岛总面积约25平方公里,这里南临中国东海,东边是对马海峡,看似比较适合用来发射火箭,却也是不得已的选择。

罗老岛东边150公里就是日本对马岛、东南210公里是日本平户市、再往南便是大大小小一连串的日本岛屿,500公里范围内很少有空隙。火箭残骸掉到哪里都是严重的国际纠纷,加之两家本来就不对付,向东南方向发射火箭几乎不可能,所以韩国只能向南、南偏西方向发射极轨或太阳同步轨道卫星。

韩国只能发射轨道角度很大的卫星

发射运载火箭不是点炮仗,倒数十个数,喊“点火”就完事。火箭发射后,你得对它的飞行轨迹进行精确遥测、跟踪和远程控制,否则火箭有可能跑偏,甚至你都不知道它飞去了哪里。

世界航天大国要么幅员辽阔,在远离发射中心的地方建设了若干测控站;要么打造一些大型测控船;再或者与有能力的国家合作,借用别人的雷达天线对自己的火箭和卫星进行持续跟踪。中国现在还通过发射天通、天链和北斗卫星相结合,居高临下地跟踪火箭发射状态。

然而这一切韩国通通都没有,它除了通过设在济州岛上的测控站对火箭上升初段进行有限的测控之外,之后的飞行就是抓瞎,没有人愿意帮它。

中国航天陆地测控网

运载火箭是一套极其复杂精密的航天飞行设备,它上面设置了许多敏感器和控制器,可以实时感应火箭的速度、高度、姿态,并将其与事先录入箭载计算机里的轨道数据进行比对,再通过调整火箭发动机的喷射角度和时间来使火箭达到规定的高度与速度。

火箭在飞出大气层的过程中要受到许多复杂的外力影响,除了地球的重力、地球自转产生的偏向力、科里奥利力、空气阻力等等外,还受到捉摸不定的高空风影响。为了对抗额外的侧向力,火箭发动机会自动调整喷射角度,以使火箭始终朝向正确方向飞行,这就会影响到火箭向前的速度。

要想维持轨道高度必须具备轨道速度

根据万有引力定律,航天器必须以设定好的速度才能维持在一定高度飞行,否则就会掉回地球。比如说中国天宫空间站目前的轨道高度是390公里,它的轨道速度就是7.68公里/秒,低于这个速度就会坠毁。同样地,韩国向700公里高度轨道发射卫星,它的速度至少需要达到7.5公里/秒。

按照计算,“世界号”火箭的第三级发动机至少应该喷射521秒才能将荷载加速到7.5公里/秒,但是KRE-007发动机只燃烧475秒就停止工作,比预计时间少了46秒。卫星的高度达到了,但速度不够,在地球引力的作用下它只能往下掉,并且最终在大气层里烧毁。

速度不够,卫星就会坠毁

由于远程测控不足,韩国第一枚“完全自主”制造火箭的失败原因大部分只能靠猜。它有可能是KRE-007发动机发生故障;燃料泄漏;阀门或者输送泵出了问题;也有可能是其它零件制造不过关。总之是火箭有问题。

韩国一直希望自主发展航天技术、成为航天大国。但从公开的“世界号”运载火箭参数看,它的各项技术指标明显偏低,技术水平不高。运载火箭发射是否成功不仅要看你火箭造得好不好,还要看你发射能不能控得住,它是一个环环相扣的过程,中间缺了任何一环,都会得到遗憾的结果。

怎么说呢,毕竟是第一次,失败是成功之母,继续努力吧!

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