文/鳳凰新聞客戶端榮譽主筆 唐駁虎
核心提示：
1、火箭發射後再入大氣層有兩種模式，一種是能控製墜落速度的的受控再入，一種是無控再入。除了SpaceX獵鷹火箭之外，絕大多數火箭都屬於後者，包括長征5號B。此前多級火箭一般一級殘骸墜海，二三級火箭處於高軌道成為太空垃圾。長5B是世界上唯一一種一級半入軌的重型火箭，擁有較為特殊的工作路徑。而且一般而言，無控再入的落點無法精確預測。時間預測差一分鍾，落點就能差幾百公裏。
2、長征5號B芯級較此前的二、三級火箭大，幹重約20噸，但相對發射裝滿幾百噸燃料的重量並不大，而且它遠非墜入地球的最大航天器。此前的案例包括105噸的美國哥倫比亞號航天飛機空中解體、重76噸的美國天空實驗室Skylab墜入大氣層部分落入澳大利亞，澳政府顧及盟國顏麵沒有聲張，而是以亂丟垃圾罪名給美國政府開了400美元罰單。此外還有蘇聯核動力衛星墜落加拿大的案例，蘇聯賠了300萬美元。
3、由於再入大氣層的火箭大多會被大氣摩擦銷毀，所以地球人被太空垃圾砸中的概率很低。但近年來火箭材料升級，新型無控再入事件開始增多，比如獵鷹火箭二級火箭的複合材料氦氣罐就多次砸到農牧場。此後SpaceX才為二級火箭設計了受控再入係統並成功運用了近80次。去年中國成功首飛的“遙一箭”也有12米複合材料管道落到科特迪瓦。
4、仔細看歐美等媒體報道，就會發現這次長五火箭再入，實際上是各國媒體對中國航天能力的一次大展示。未來三年長五B再工作三次即可退休。中國也將迅速發展可回收、運力更強大的70噸級超重型火箭，乃至120噸以上的長征九號巨型火箭，到時候就再也沒有如今的運力之困，也無需再靠概率避免無控返回問題。隨著中國航天更加強大，以獨家空間站構建國際共享航天平台，以更先進的航天運載能力塑造實力形象，以往的問題都不再成為問題。
4月29日，中國第一個空間站的核心艙“天和”號由長征5號B遙二（表示第二枚的意思）火箭送入太空，這是中國進入空間站時代的重要一環。
根據中國航天部門提供的監測數據，5月9日北京時間清晨，“長征五號B遙二運載火箭末級”的“殘骸”軌道為：傾角41.5°，近地點高度約130km，遠地點高度約160km。
預計的再入時間為9日10時12分±15分鍾（9時57分~10時27分），再入區域的中心投影點位於東經28.38°，北緯34.43°（希臘克裏特島以東）。
說明一下，這是殘骸再入大氣層（通常高度是100km）、開始解體燒蝕的點。
受慣性和速度影響，最後少量剩餘殘骸落到地球表麵，理論上還要再往前滑行，前伸2000公裏左右。
經監測分析，9日10時24分，殘骸已再入大氣層，落區位於東經72.47°，北緯2.65°周邊海域（也就是馬爾代夫島附近），絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀。
這次火箭再入，引發了國際輿論的一番議論。
其實首先要指出，並不是什麽“殘骸”，這兩個字給人的感覺是火箭出現了意外，但其實不是。
準確說，是火箭發射後剩餘的完整空殼，在太空時是完整的。
特殊的技術設計
不少人會問，為什麽全世界發射那麽多火箭，隻說長征五號B的問題，其他國家的火箭沒這個問題嗎？
據介紹，“該型火箭采用特殊的技術設計”，那麽，究竟特殊在哪裏？
因為長征五號B是世界上唯一一種一級半入軌的重型火箭。
一般來說，火箭分單級火箭和多級火箭兩類，單級火箭就是隻靠一級發動機點火就能將載荷送到預定位置，多級則是多級發動機先後燃燒。長五B在一級上捆綁了4個助推器，一般把助推器算作半級，故長五B是一級半火箭。
“半”，指的是4個助推器，每個助推器2台、總共8台YF-100液氧煤油發動機，單台120噸推力，總共能產生960噸的推力。
中間的芯級就是“一級”，用的是2台YF-77液氧液氫發動機，單台50噸（真空70噸）推力，起飛總推力100噸。
液氧煤油發動機能比較方便的做成大推力型號，但是先天的比衝較小。
比衝就是值燃料的利用效率，對靠反衝作用力升空加速的火箭，燃燒單位重量的燃料，能產生多少速度增量。這個各種燃料的先天理論效率是有一定差別的。
液氧液氫發動機在通常的燃料發動機中相對最大，尤其是在真空裏更是如此。
當然，數值上的差別也不是太大。在海平麵，YF-77、YF-100的比衝分別是310、300，真空比衝分別是430、335。
但這點差別對於寶貴的火箭運力來說，已經非常重要了。
特別是對那些分為一二三級的火箭來說，上麵的部分在起飛時是不工作的死重；減重或者效率提升1個點，就相當於下麵的一級提升10個點以上。
這對於高軌道、深空發射任務來說，非常重要。所以中、美、歐、日甚至印度的上麵級火箭，都是盡量采用液氧液氫發動機。
隻有俄羅斯特立獨行，雖然也研製出氫氧發動機，但主力火箭采用的卻仍是另一種常溫儲存但是有劇毒的肼類發動機。
液氧液氫發動機也有技術難點。液氫燃料密度低、體積大、儲存溫度要求很低（-253℃以下），燃料泵轉速很高，製造條件苛刻。
但優點也是突出的。
所以上世紀90年代後，歐洲的阿麗亞娜5、美國的德爾塔4、日本的H-2B等火箭，開始連一級火箭也采用大推力的氫氧發動機。
美國的德爾塔4采用了世界上推力最大的氫氧發動機，歐洲的阿麗亞娜5、日本的H-2B則采用了推力超大但是比衝更小的固體助推火箭。
而當時中國也在努力研製自己的大推力的氫氧發動機，也就是50噸級的YF-77（此前隻有推力8噸的上麵級發動機YF-75）。
經曆近20年的研製，終於告成功。在YF-100和YF-77的基礎上，研製了新型的長征五號火箭，終於填補了中國航天近50年來重型運載火箭的空白。
特殊的工作路徑
通過8台YF-100和2台YF-77的聯合工作，產生1060噸的起飛推力，助力800多噸的火箭拔地而起，一路加速飛向太空。
起飛以後170秒，四個液氧煤油的助推器就燒光了，可以扔掉了。
這時火箭的速度、高度都已經達到了一定的層次，但仍不足以入軌，因此助推器就會沿著彈道掉進太平洋裏。
但長征五號中間芯級的氫氧發動機雖然推力不大，但是比衝高，對燃料的利用效率高，相當於火箭繼續在加速。
長征五號基本型上邊，還有一個負責把載荷送入更高軌道（比如36000公裏的地球同步軌道或者過渡的轉移軌道）的二級。
因此長征五號基本型的一級工作時間400多秒，也沒有直接進入近地軌道。
目前除SpaceX的獵鷹火箭之外，幾乎所有火箭一級、助推器都無控再入。
但因為一級火箭、助推器速度並不足以達到繞地球飛行的第一宇宙速度，主要受重力的影響，接下來要走的路線也是一個簡單的拋物線彈道，所以比較容易設計、控製落點。
當然，一級火箭的落區如果位於陸地上，造成的不幸傷亡也是存在的。
因此，主流的火箭發射場都盡量靠海，一級火箭殘骸墜入海洋；再不行就盡量位於人口稀少地區。
而其他把衛星送入高軌道的二、三級火箭，最後一般處於高軌道，成為太空垃圾，墜落的問題也相對較少（但是現在增多了）。
而長征五號B隻有一級火箭，直接送載荷進入約400公裏高的近地軌道，這需要2台YF-77連續工作破記錄的約500秒。
長征五號B的一級火箭從海平麵一直燃燒到入軌，芯級燃燒非常長，一直在助推，然後就和載荷（衛星）一起達到了第一宇宙速度，進入了太空。
進入了一個近地點170km、遠地點225km的橢圓軌道上。這是一個比較獨特的設計。
空間站核心艙自己會在遠地點啟動火箭發動機，繼續加速抬升，進入400km的預定軌道。
而在艙箭分離後，長征五號B的芯級火箭殼體繼續停留在這個軌道上。
但這個高度其實並不是完全真空，多多少少有一些空氣，會對火箭的芯級產生阻力。
所以火箭殼體也就會越轉越慢，越來越低，最終會進入較稠密的大氣層，加劇減速，最後掉下來。
所以，經過一周時間，火箭的軌道已經降到了近地點高度約130km，遠地點高度約160km。
逐步逼近較稠密的大氣層邊界，接下來，就是再入大氣層了。
再入大氣層
有史以來，僅有三種一級半航天器：
那就是美國的航天飛機（固體助推+燃料箱）、蘇聯的能源號+航天飛機。
這兩種都屬於巨型航天器，發射總重量近3000噸，搭載的航天飛機載荷近100噸。
它們都是發射到亞軌道差一點的地方，不入軌；航天飛機另用自身燃料完成入軌飛行。
再就隻有中國的850噸級、實際近地軌道運載能力隻有22噸的長征5B。
芯一級火箭整體入軌，這也是為了充分利用火箭燃料，發揮出全部20多噸的軌道運力。
由於長征5號B空間站艙室已經利用了運能的極限，無法再給它加裝一套控製再入的係統，就有了“無控再入”的問題。
而兩級半構型（助推級、一級、助推到高軌道的二級）的長征五號基本型的芯一級（注意定義），就沒有這個問題。
但在特殊的長征五號B芯一級之外，所有人類發射的火箭1級以上的結構幾乎都同樣有這個問題。
太空中至今還散布著各國火箭的二三四級，距離地麵約400km以內的那些運載火箭殼體、衛星，絕大部分都會再入大氣層，隻是時間長短問題。
如果重返時還有燃料和速度控製能力，能夠加速控製墜落遼闊的南太平洋“航天器墳場”，或像航天飛機降落到跑道上，可稱為“受控再入”。
而如果是已無燃料和速度控製能力，隻能隨大氣層阻力減速，稱為“無控再入”。另外還有飛船的“升力再入”，介於兩者之間。
“無控再入”的落點不是無法預測，而是無法提前精確預測。
這是因為我們對地球高空大氣層的了解還很不夠，對外層空間物體所受阻力的分析也難以達到完備的程度。
最多能通過不斷的觀測和跟蹤，在它真正再入大氣層之前不太長的時間內，計算出它的再入時間窗口（如本次再入的正負±10分鍾，共半小時）。
而由於火箭殘骸又是以近乎7.9千米/秒的速度運動，再入時間的預測差1分鍾，落點就能差幾百公裏。
國際案例
與此前的大多數重2~4噸的二、三級火箭相比，長征五號B芯一級無疑是大的，它相當於火箭整個粗壯的芯級都是一級火箭結構，長33.2米、直徑5米、幹重約20噸。
當然，發射時的火箭裝滿燃料，這幾百噸的火箭燃料，才是發射時的主要重量。
火箭就是一個殼體輕薄的空筒，要對比的話，一個完整的可樂鋁罐，就是最合適的例子。
當然，火箭的結構質量比例，比鋁製可樂罐還要低很多。
但20噸的長征五號B，卻遠非無控墜入地球的最大航天器。
人類曆史上幾個較大的無控再入航天器，橫軸時間，縱軸噸位。
2003年2月1日，美國哥倫比亞號航天飛機（STS-107）返程時因隔熱瓦破損導致空中解體。
長27米、返回重量達105噸的航天器連同7名航天員化為85000個碎片散落在地麵上，但也有一個鋼結構起落架整體砸到了地麵。
1979年7月11日，長25米、重約76噸的美國天空實驗室Skylab墜入大氣層，它的碎片落在南太平洋和澳大利亞西南部的荒野。
澳大利亞政府顧及盟國顏麵，並沒有聲張這件事，但還是按照環境保護法給美國政府開了400美元的罰單，罪名是亂丟垃圾。而美國政府至今也沒有支付這筆罰款。
排名第三的依然和Skylab相關，發射天空實驗室的土星五號第二級火箭S-II-513長24.9米、直徑10米、幹重36.2噸，發射後不久就墜入了大西洋。
接下來就是蘇聯的禮炮7號與和平號空間站了。再就是1978年1月24日，蘇聯的核動力雷達海洋監視衛星“宇宙-954號”發射失敗失控，墜毀到加拿大西北地區的冰原。
衛星約重3.8噸，找到約65公斤殘片，沒傷到人和建築物，但有少量核汙染。加拿大要求賠600萬美元搜索費用，蘇聯賠了300萬。
1983年，蘇聯又一顆“宇宙-1402號”核動力海洋監視衛星發射失敗失控，衛星分解為三部分，一部分於82年12月30日進入大氣層燒毀。
主體部分於1983年1月24日墜落在印度洋，核動力堆芯於2月7日墜落，在南大西洋上空燒毀。
這兩起事件才是真正全球矚目的事件，全球有能力的航天國家都在緊張地觀測計算著這兩顆衛星的軌跡。
中國航天部門的預報精度相對在全球是最佳的，時間隻差4分鍾。這段曆史曾經廣泛宣傳過。
因當時對核動力航天器的國際法不完善，隨後完善了這方麵的國際公約，要求采用核動力的航天器必須具備主動處置的受控措施。
時代變遷
從1960年代到現在，人類大約有15000噸以上的人造航天器殘骸從太空落回地球。
但幸運的是，地球表麵70%都是海洋，剩下的30%陸地裏又有大片地區（如沙漠、高山、冰原、密林）是無人居住的。
另外火箭作為一個金屬空心罐，高速（每秒約7公裏，相當於20多倍音速）再入大氣層後，很快就會劇烈氣動加熱、解體成碎片，早都不剩什麽東西了。
殘骸大部分會被大氣摩擦銷毀，小部分會落入海洋，隻有極小概率砸中居民區。
所以地球上生活的人能夠被太空垃圾砸中的概率很低。
火箭末級主動再入屬於錦上添花，有能力做最好，做不到也不應上升到道德的高度來苛責。
漫天往下掉的東西多了，怎麽也輪不到火箭衛星殘骸，真正的大頭是隕石。
按天文學家的估測，平均每天掉入地球44噸，而且動不動就是幾噸隕鐵直達地表。
理論上平均每10年就有1人死於隕石。“杞人憂天”也是因為杞國真的遭遇了一輪隕石雨襲擊。
當代史上唯一一個確認被隕石砸到的人Ann Hodges，並且還大難不死。1954在美國阿拉巴馬州，她在午睡時，一顆隕石穿破天花板並打中收音機再彈到她大腿上，強烈衝擊力給她身上留下一片巨大的淤青。
從軌道返回的人造物體傷人的，曆史上最接近（未發生）的隻有一位叫做Lottie Williams的美國人。
她在1997年被一個很小的火箭殘骸擦過，並未受傷，就是嚇了一跳。這個殘骸來自德爾塔2型火箭二級，NASA曾經的主力火箭之一。
但非常低的確也不等於〇。尤其隨著近年來火箭開始采用耐燒蝕的材料，部件會完整殘留下來，新類型的無控重返事件開始增多。
迄今最著名的例子，就是SpaceX了。
2014年12月28日，獵鷹火箭的二級火箭的複合材料氦氣罐落在了巴西一個牧場。
2016年9月26日獵鷹9的二級火箭氦氣罐落在印尼人口最密集的主島爪哇島，砸壞了一個牲口棚。
今年3月26日，另一枚獵鷹9的二級火箭氦氣罐，又落在了美國西北部華盛頓州的一個農場。
這枚火箭3月4日執行星鏈17任務，二級火箭原計劃受控離軌，但未能成功，在軌22天後再入地球，一群燃燒的火球劃破美國西雅圖的夜空，在農場的草地上砸了個淺坑。
SpaceX為了減重，給這個罐子用了耐熱的碳纖維材料，基本上燒不掉。另外還有墜海後被衝上岸的。
為此，SpaceX為了降低事故概率，減少輿論壓力。近年來在實現獵鷹9號一級火箭回收複用的同時，也為二級火箭設計了受控離軌係統，已經成功運用了近80次。
如果沒有這套係統，以SpaceX近年來如此頻繁的發射，幾乎壟斷全球商業航天發射市場的發射量，早就招致無數批評了。
但今年3月的這次事件，仍是受控離軌係統偶發失敗的結果。而SpaceX能這麽做，還是因為運力-載荷之間的冗餘大。
獵鷹9號火箭在一級回收時，近地軌道運力15.7噸，轉移軌道7噸，遠遠超出一般的商業航天發射需求，都是靠“拚單”完成。
所以，獵鷹9號火箭可以有餘量設計受控離軌係統。
未來SpaceX還會發展一級、二級均可回收的“星艦”重型發射係統，畢竟這才是可持續航天的發展方向。
未來展望
中國火箭的複合材料用量還很少，但也在逐步提高。所以，類似的事件去年就也已經發生過一次。
2020年5月5日，首枚長征五號B運載火箭（“遙一箭”）成功首飛，把新一代載人飛船的試驗船送入太空。
12日北京時間23:33，遙一箭芯級在繞地102圈的飛行後，在大西洋上空再入大氣層，少量未燒蝕的殘骸落到了非洲西海岸。
其中最大的是一根12米長的複合材料燃料管道，落到了科特迪瓦的博坎達（Bocanda）鎮，未造成任何人員財產損失。
按照規劃，中國的空間站由一個核心艙（“天和”）和兩個實驗艙（“問天”、“夢天”）組成。
其中核心艙和實驗艙的質量均超過20噸，另一個伴飛的“巡天”光學艙（就是中國的“太空望遠鏡”）。
目前核心艙已經發射，這三年還有三發長征五號B火箭要發射。實驗艙兩發，航天望遠鏡一發，然後長征五號B就退休了。
近地軌道任務，除了空間站沒有這麽重的載荷。長征五號B火箭的22噸運力的確也用到了極限。
未來中國也將迅速發展可回收、運力更強大的70噸級超重型火箭，乃至120噸以上的長征九號巨型火箭。
那時，就再也沒有如今的運力之困了，也無需再靠概率避免無控返回問題。
總體來說這首先是個科學議題，雖然也同時是個輿論議題，但還是可以先把事實部分說清楚了。
實際上，在這次輿論傳播中，真的仔細看了各國（包括歐美，也包括相關的第三世界國家）的媒體報道，就會發現這次長五火箭再入，實際上是各國媒體對中國航天能力的一次大展示。
因為之前4月底的發射，報道的並不多，畢竟不是本國事務，沉浸在本國疫情的外國媒體聊聊。
而這次事件， 很多鏡頭都是在反複展示長征-5B的大火箭和中國空間站，有的是做3D動畫，都是突出大、強、獨家。
這次的關注度確實高，#ChineseRocket 熱搜裏各國網民的持續跟蹤、梗圖一堆。
隨著中國航天更加強大，以獨家空間站構建國際共享航天平台，以更先進的航天運載能力塑造實力形象，以往的問題都不再成為問題。
畢竟，這本質上是一個講實力、講影響力的世界。
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