过去十年我国每年航天发射次数基本都在世界第一或者第二位,特别是最近几年我国光是每个月的火箭发射次数就多达数次,可以说现阶段我国一个月的航天发射次数就已经顶国外有些国家全年的航天发射次数了 。在这么频繁的发射次数背后,每次发射时我们看到火箭尾部喷出的高温燃气一方面在推动火箭上升的同时,另一方面也对基础设施---火箭发射塔或者火箭发射台的硬件设施产生包括高温、噪音、震动等在在内的多重伤害 。那么每次发射火箭时时如何保证这些基础设施不被摧毁?又是如何避免三千多度高温烤蚀的呢?
其实在火箭基础设施高温防护上主要由两种防护措施,一种是大量喷水的“湿式”保护措施,另外一种则是采用耐高温材料做成的“干式”保护措施两种模式,具体来说的话,这两种防护措施大部分硬件设施结构是相差不大的,只不过在降温处理上有所不同罢了 。比如不管是干式还是湿式在火箭发射台下面都有一个尺寸巨大的“V型”导流板,其主要是用耐高温的特种钢材搭建成基础结构框架,然后在表面和周围墙壁覆盖有多层反射、耐高温的混凝土导热砖,这样除了能够让火箭喷射出的几千度高温燃气偏转到两侧顺利排走外,还能避免对发射台造成高温烤炙和冲击破坏 。
但是光排走高温燃气并不能彻底解决两三千度高温对整个发射台的烧蚀问题,所以就要在发射前就提前对整个发射台进行降温处理,以保证火箭离开发射台后整个发射台基础设施能够尽快散热避免损坏 。在降温处理上我国和国外走出了完全不同的路 。比如美国在发射航天飞机之前,发射台下的高流量水喷射系统会在短短几秒钟内喷射出四五百吨的水来给整个发射台降温,并借助水的冲击力淹没发射台噪音和阻止降低发射过程中,高温燃气对这个发射台产生的震动影响 。
这种短短几秒钟内就喷射出几百吨降温水的确看起来很壮观,但是在基础建设过程中首先大量的水源供应很重要,所以对于发射场附近的水资源整合有一定要求,其次需要在发射台附近开建能够容纳五六百吨水的水塔,然后还需要在发射台附近开建一连串深水井,以回收发射降温后的废水,而且还需要对这些废水进行环保处理 。所以这种湿式高温处理模式虽然有着过程简单的优势,但是对于周边环境有一定的要求,而且大量依靠水来实现降温也会增加整个发射流程复杂性,不利于短时间内密集发射需求 。而且每次发射完都需要对整个发射台进行维护保养,因为不管是速度超过音速的高温燃气还是高速喷出的降温水都会对整个发射排烟和基础设施产生“冲击性破坏”,比如美国航天飞机发射完后,虽然有高流量水喷射系统降温处理,但是高温燃气和高流程降温水都会对整个发射台基础设施产生一定破坏,导致发射台下面墙体上的隔热砖脱落,所以湿式发射虽然看起来结构简单、方便,但是不光存在初期建设成本高、建设工程复杂的问题,而且也存在发射成本高、发射后需要对降温水回收、环保处理和发射台全面检修维护问题 。
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