為什么火箭發(fā)射時要倒計時

大象公會

每次在電視里看到火箭發(fā)射，都牽動著每一個人的心。那么，火箭發(fā)射的時候為什么要倒計時呢？其實是源自科幻電影的創(chuàng)舉。

1929年，德國電影大師弗里茨·朗在其執(zhí)導(dǎo)的科幻影片《月里嫦娥》中，向觀眾首次呈現(xiàn)了一枚登月火箭發(fā)射升空的全過程。

由于電影中火箭發(fā)射前運(yùn)送至發(fā)射平臺的過程過于冗長，為吸引觀眾的注意力，營造“時間緊迫”的戲劇性氣氛，電影特別安排了主人公在為火箭點(diǎn)火之前讀秒倒數(shù)的情節(jié)：隨著屏幕上的數(shù)字越來越小，其字體越來越大，直至巨大的“JETZT”（現(xiàn)在）出現(xiàn)，火箭騰空而起，升入云霄。

倒計時這一設(shè)置，此后逐漸成為各類電影中制造緊張氛圍的有力工具，甚至可與定時炸彈這一電影傳統(tǒng)道具相媲美。

火箭發(fā)射時使用倒計時，真正的作用在于確認(rèn)火箭發(fā)射的時間零點(diǎn)。如果把從火箭固定上發(fā)射架到任務(wù)完成的整個任務(wù)過程以時間軸為數(shù)軸的話，那么發(fā)射的時刻就可以作為數(shù)軸的零點(diǎn)，或被命名為T0。T0時刻對于軌道計算十分重要。當(dāng)火箭發(fā)射時，T0時刻就會自動傳輸?shù)剿械臏y控站。發(fā)射前用T-xx表示時間，發(fā)射后用Txx表示時間。

在規(guī)劃完成后，負(fù)責(zé)火箭發(fā)射的所有部門就從T0倒推各項工序和部件的完結(jié)時間，并按各部門各自的歸結(jié)時間繼續(xù)前推。隨后，火箭發(fā)射的各個部門在完成其任務(wù)時從數(shù)月、數(shù)周、數(shù)天開始不斷歸結(jié)，到發(fā)射前的數(shù)小時、1小時、0.5小時、15分鐘、5分鐘、1分鐘……直至指令員宣讀T0之前的最后10個數(shù)。

各國在火箭發(fā)射倒計時的具體設(shè)置上也是有差別的。比如，中國的火箭倒計時是點(diǎn)火倒計時，以火箭點(diǎn)火時刻作為T0；而美國的火箭倒計時都是采用起飛倒計時，以火箭起飛時刻作為T0。

造成這種差別的原因是：中國并未采用在美國普遍使用的牽制釋放裝置，火箭起飛的成功與否全憑發(fā)動機(jī)的推力，而且各個發(fā)動機(jī)的動作也不完全同步，因而作為結(jié)果的火箭起飛時間無法人為控制，所以只能采用倒計時點(diǎn)火，然后測量起飛時間。

與之相對的，采用牽制釋放裝置的美國火箭起飛前被“鎖”在發(fā)射臺上，在起飛前的幾秒點(diǎn)火，牽制釋放裝置會在火箭達(dá)到額定推力時解鎖放飛火箭，火箭起飛的時間即為T0。牽制釋放裝置允許各個發(fā)動機(jī)在火箭靜止?fàn)顟B(tài)下工作一小段時間，可以消除不同發(fā)動機(jī)間推力不同步的影響，從而更精確地控制時間。

值得一提的是，在發(fā)射窗口設(shè)立時間零點(diǎn)，并以此規(guī)劃整個發(fā)射進(jìn)程的制度設(shè)計，也是由科幻作品首先創(chuàng)造的。在凡爾納最具預(yù)見性的科幻小說《從地球到月球》中，美國大炮俱樂部向麻省劍橋天文臺咨詢向月球發(fā)射炮彈并命中的可能性時，得到的答復(fù)如下：

1.大炮應(yīng)設(shè)在南緯或者北緯0°～ 28°之間的地方；

2.炮口應(yīng)瞄準(zhǔn)天頂點(diǎn)；

3.炮彈應(yīng)具有每秒1.2萬米的初速；

4.應(yīng)于第二年的12月1日22點(diǎn)46分40秒發(fā)射炮彈；

5.它將在射出后4天，即12月4日半夜、月球穿過天頂點(diǎn)時到達(dá)。

以第二年的“12月1日22點(diǎn)46分40秒”為T0，唯一不同的是指令員并未使用倒計時，而是按自然時間進(jìn)行順數(shù)計時：“……38！39！40！開炮！”有意思的是，影片《月里嫦娥》的科學(xué)顧問，與俄國人齊奧爾科夫斯基、美國人戈達(dá)德并稱為火箭設(shè)計先驅(qū)的，出生于羅馬尼亞的德國人赫爾曼·奧伯特，少年時代的科學(xué)啟蒙書籍恰恰就是凡爾納的《從地球到月球》。奧伯特為《月里嫦娥》設(shè)計的火箭模型，其外形與內(nèi)部構(gòu)造均對凡爾納小說中的錐形圓柱體“炮彈車廂”有所借鑒。

奧伯特為電影設(shè)計的火箭不僅造型前衛(wèi)，理念也與后來的真實火箭頗為接近：它使用液體燃料，并且是分級點(diǎn)火。不過這倒不算奧伯特的創(chuàng)舉，他的同鄉(xiāng)康拉德·哈斯在他出生400年前就已經(jīng)用火藥爆竹實現(xiàn)了這一設(shè)定。

（摘自中國畫報出版社《一本有趣又有料的科學(xué)書》，張秋偉薦）