火箭发射为何要倒计时？点火后火箭为何没有立刻起飞？

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点火！

随着一声令下

火箭尾部喷出一股火焰

慢慢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。那么，为什么火箭发射要倒计时呢？倒计时后火箭点火了，为什么没有立刻起飞呢？

火箭发射倒计时的事儿

火箭发射为什么要倒计时？这就要从两部科幻作品说起了。

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《从地球到月球》

1865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

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《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

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3 倒计时的意义

德国在20世纪30年代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！

“01”指挥员尹相原

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。

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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。

火箭起飞的事儿

2020年5月5日，随着01指挥员发出口令，长征五号B运载火箭并没有如其他火箭那样慢慢起飞，仍“稳坐”发射台。经过了令人忐忑不已的9秒钟后，火箭才腾空而起。相比其他火箭发射时的情景，9秒着实“漫长”得令人印象深刻。那么，这9秒发生了什么？为什么长五B点火9秒后才起飞呢？

长征五号B运载火箭点火起飞

实际上，从火箭点火到起飞，中间产生的那几秒时间是火箭正常的发射流程中的一环。

在这短短几秒钟的时间里，火箭最先工作的四大系统，即测量系统、控制系统、动力系统、测发控系统完成了上千个步骤。

其中，火箭测量系统在点火之前就开始进行箭体内部仪器设备的压力、流量、液位等测量。在01指挥员发布“点火”口令后，测量系统即时记录、回传火箭各系统仪器设备参数信息，同时，火箭的“大脑”——控制系统给动力系统发出命令，助推器和芯一级相继点火，发动机在几秒钟之内进入满负荷工作状态。

与“点火”口令同时启动的还有地面测发控系统，它迅速计算好火箭的初始位置参数、准备跟踪。我们在发射直播时常听到的“某某跟踪正常”，就是地面测发控系统在工作。

这四大系统的初始工作，大多是我们无法直接看到的，但也有一些对应的“小动作”可以轻易看到的，如各种地面插头的脱落等。

我们知道，地面设施和火箭连接的插头大致可以分为两大类：供气、供液的管路插头和供电的管路插头。用于供气、供液的管路插头在火箭进入特定程序时自主脱落，而供电的管路插头会坚守到火箭起飞的最后一秒，被火箭上升推力“拉断”，因而非常容易在观看火箭发射时被看到。

那么，为什么长征五号B运载火箭点火到起飞时间长？其实，它并不是个例。相比其他系列的火箭，长五系列火箭的“推重比”相对较小。“推重比”是火箭的推力和重力之间的比例，是决定火箭从点火到起飞这段时间长短的关键。这是因为，火箭点火后，推力越来越大，直到超过火箭的重力，才能将火箭托举起来，飞向太空。

长征五号系列火箭质量大、推重比最小，建立足够的推力时间更长，所以长征五号B运载火箭需要9秒钟才能把火箭抬起来；其他系列的火箭，如长征二号丙火箭，推重比大，从点火口令下达到起飞的时间只要两三秒。相比之下，观看长征二号丙火箭发射的人可以少紧张一会儿，就能看到火箭起飞了。

来源/我们的太空 中国运载火箭技术研究院

文/蒋婉芹 左敬华 张娟娟

原标题：《火箭发射为何要倒计时？点火后火箭为何没有立刻起飞？》

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