為什么火箭發(fā)射時(shí)要倒計(jì)時(shí)

大象公會(huì)

每次在電視里看到火箭發(fā)射，都是牽動(dòng)著每一個(gè)人的心。那么，火箭發(fā)射的時(shí)候?yàn)槭裁匆褂?jì)時(shí)呢？這并非科學(xué)家的發(fā)明，而是源自科幻電影的創(chuàng)舉。

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

由于電影中火箭發(fā)射前運(yùn)送至發(fā)射平臺(tái)的過(guò)程過(guò)于冗長(zhǎng)，為吸引觀眾注意力，營(yíng)造“時(shí)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)：隨著屏幕上數(shù)字越來(lái)越小，其字體越來(lái)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(jì)時(shí)這一設(shè)置，此后逐漸成為在各類電影中制造緊張氛圍的有力工具，甚至可與定時(shí)炸彈這一電影傳統(tǒng)道具相媲美。但真實(shí)的火箭發(fā)射也使用倒計(jì)時(shí)，并不是單純向電影致敬，而是具有其實(shí)用意義。

火箭發(fā)射時(shí)使用倒計(jì)時(shí)，真正的作用在于確認(rèn)火箭發(fā)射的時(shí)間零點(diǎn)。如果把從火箭上發(fā)射架到任務(wù)完成的整個(gè)任務(wù)過(guò)程，以時(shí)間軸為數(shù)軸的話，那么發(fā)射的時(shí)刻就可以作為數(shù)軸的零點(diǎn)，或被命名為 T0。T0 時(shí)刻對(duì)于軌道計(jì)算十分重要，當(dāng)火箭發(fā)射時(shí)，T0 時(shí)刻就會(huì)自動(dòng)傳輸?shù)剿械臏y(cè)控站。

而在火箭發(fā)射前的任務(wù)規(guī)劃中，在發(fā)射窗口（任務(wù)最佳發(fā)射時(shí)間）內(nèi)確認(rèn) T0，并確定發(fā)射前（用 T-××?xí)r間表示）發(fā)射后（用 T+××?xí)r間表示）的程序設(shè)置，是整個(gè)規(guī)劃的重中之重。

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(xiàng)工序和部件的完結(jié)時(shí)間，并按各部門各自的歸結(jié)時(shí)間繼續(xù)前推。隨后，火箭發(fā)射的各個(gè)部門在完成其任務(wù)時(shí)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(shí)、一小時(shí)、半小時(shí)、一刻鐘、五分鐘、一分鐘……直至指令員宣讀 T0 之前的最后10個(gè)數(shù)，將全體工作人員的任務(wù)歸結(jié)以最極端、最為具象的方式表現(xiàn)出來(lái)——這，才是火箭發(fā)射倒計(jì)時(shí)的最完整體現(xiàn)。

各國(guó)在火箭發(fā)射倒計(jì)時(shí)的具體設(shè)置上也是有差別的。比如，中國(guó)的火箭倒計(jì)時(shí)是點(diǎn)火倒計(jì)時(shí)——以火箭點(diǎn)火時(shí)刻作為 T0;而美國(guó)的火箭都是采用起飛倒計(jì)時(shí)——以火箭起飛時(shí)刻作為 T0。

造成這種差別的原因是，中國(guó)并未采用在美國(guó)普遍使用的牽制釋放裝置，火箭起飛與否全憑發(fā)動(dòng)機(jī)的推力;而各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作也不完全同步，作為結(jié)果的火箭起飛其時(shí)間無(wú)法人工控制，所以只能倒計(jì)時(shí)點(diǎn)火，然后測(cè)量起飛時(shí)間。

與之相對(duì)的，采用牽制釋放裝置的美國(guó)火箭起飛前被“鎖”在發(fā)射臺(tái)上，在起飛前的幾秒點(diǎn)火，牽制釋放裝置會(huì)在火箭達(dá)到額定推力時(shí)解鎖放飛火箭，火箭起飛的時(shí)間即為 T0。由于牽制釋放裝置允許各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)在火箭靜止?fàn)顟B(tài)下工作一小段時(shí)間，它可以消除不同發(fā)動(dòng)機(jī)間推力不同步的影響，從而更精確地控制時(shí)間。

值得一提的是，在發(fā)射窗口設(shè)立時(shí)間零點(diǎn)，并以此規(guī)劃整個(gè)發(fā)射進(jìn)程的制度設(shè)計(jì)，也是科幻作品首先創(chuàng)造的。在凡爾納最具預(yù)見性的科幻小說(shuō)《從地球到月球》中，美國(guó)大炮俱樂(lè)部向麻省劍橋天文臺(tái)咨詢向月球發(fā)射炮彈并命中的可能性時(shí)，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(wàn)碼的初速。

4.應(yīng)于明年12月1日下午10點(diǎn)46分40秒發(fā)射炮彈。

5.它將在射出后4天，即12月4日半夜正，月球穿過(guò)天頂點(diǎn)時(shí)到達(dá)。

以第二年的“12月1日下午10點(diǎn)46分40秒”為 T0，大炮俱樂(lè)部在全球募集資金，在美國(guó)佛羅里達(dá)州南部選定發(fā)射地點(diǎn)，鑄造了前所未有的“哥倫比亞”大炮，并在開炮前一切準(zhǔn)備就緒;唯一不同的，僅僅是指令員并未使用倒計(jì)時(shí)，而是按自然時(shí)間進(jìn)行順數(shù)計(jì)時(shí)：

“……38！39！40！開炮！”

有意思的是，影片《月里嫦娥》的科學(xué)顧問(wèn)，與俄國(guó)齊奧爾科夫斯基、美國(guó)戈達(dá)德并稱為火箭設(shè)計(jì)先驅(qū)，出生于羅馬尼亞的德國(guó)人赫爾曼·奧伯特，少年時(shí)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(jì)的火箭模型，其外形與內(nèi)部構(gòu)造均對(duì)凡爾納小說(shuō)中的錐形圓柱體“炮彈車廂”有所借鑒。

奧伯特為電影設(shè)計(jì)的火箭不僅造型前衛(wèi)，理念也與后來(lái)的真實(shí)火箭頗為接近：它使用液體燃料，并且是分級(jí)點(diǎn)火。不過(guò)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(shí)現(xiàn)了這一設(shè)定。正因?yàn)槿绱耍R奧塞斯庫(kù)時(shí)代的羅馬尼亞政府將哈斯欽定為“現(xiàn)代火箭的先驅(qū)”。

（摘自中國(guó)畫報(bào)出版社《一本有趣又有料的科學(xué)書》）