為什么火箭發射時要倒計時

大象公會

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

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

由于電影中火箭發射前運送至發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火之前讀秒倒數的情節：隨著屏幕上的數字越來越小，其字體越來越大，直至巨大的“JETZT”（現在）出現，火箭騰空而起，升入云霄。

倒計時這一設置，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道具相媲美。

火箭發射時使用倒計時，真正的作用在于確認火箭發射的時間零點。如果把從火箭固定上發射架到任務完成的整個任務過程以時間軸為數軸的話，那么發射的時刻就可以作為數軸的零點，或被命名為T0。T0時刻對于軌道計算十分重要。當火箭發射時，T0時刻就會自動傳輸到所有的測控站。發射前用T-xx表示時間，發射后用Txx表示時間。

在規劃完成后，負責火箭發射的所有部門就從T0倒推各項工序和部件的完結時間，并按各部門各自的歸結時間繼續前推。隨后，火箭發射的各個部門在完成其任務時從數月、數周、數天開始不斷歸結，到發射前的數小時、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。

各國在火箭發射倒計時的具體設置上也是有差別的。比如，中國的火箭倒計時是點火倒計時，以火箭點火時刻作為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動機的推力，而且各個發動機的動作也不完全同步，因而作為結果的火箭起飛時間無法人為控制，所以只能采用倒計時點火，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”在發射臺上，在起飛前的幾秒點火，牽制釋放裝置會在火箭達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動機在火箭靜止狀態下工作一小段時間，可以消除不同發動機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，在發射窗口設立時間零點，并以此規劃整個發射進程的制度設計，也是由科幻作品首先創造的。在凡爾納最具預見性的科幻小說《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射炮彈并命中的可能性時，得到的答復如下：

1.大炮應設在南緯或者北緯0°～ 28°之間的地方；

2.炮口應瞄準天頂點；

3.炮彈應具有每秒1.2萬米的初速；

4.應于第二年的12月1日22點46分40秒發射炮彈；

5.它將在射出后4天，即12月4日半夜、月球穿過天頂點時到達。

以第二年的“12月1日22點46分40秒”為T0，唯一不同的是指令員并未使用倒計時，而是按自然時間進行順數計時：“……38！39！40！開炮！”有意思的是，影片《月里嫦娥》的科學顧問，與俄國人齊奧爾科夫斯基、美國人戈達德并稱為火箭設計先驅的，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》設計的火箭模型，其外形與內部構造均對凡爾納小說中的錐形圓柱體“炮彈車廂”有所借鑒。

奧伯特為電影設計的火箭不僅造型前衛，理念也與后來的真實火箭頗為接近：它使用液體燃料，并且是分級點火。不過這倒不算奧伯特的創舉，他的同鄉康拉德·哈斯在他出生400年前就已經用火藥爆竹實現了這一設定。

（摘自中國畫報出版社《一本有趣又有料的科學書》，張秋偉薦）