編者按：

為深入實(shí)施科教興國戰(zhàn)略，助力國家科技后備人才培養(yǎng)，央廣網(wǎng)聯(lián)合中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)普及部，推出面向K12青少年群體的科普教育欄目《大科學(xué)家》。首季節(jié)目由央廣網(wǎng)與北京第五實(shí)驗(yàn)學(xué)校共同策劃，并與“學(xué)習(xí)強(qiáng)國”學(xué)習(xí)平臺(tái)聯(lián)合宣推，邀請科研專家、高校教授、總工程師等科學(xué)領(lǐng)軍人物走進(jìn)校園，以重趣味、強(qiáng)互動(dòng)的授課形式開展科普教學(xué)，為青少年播撒科學(xué)種子，帶來“不止于一堂科學(xué)課”的科普盛宴。

本期節(jié)目，中國航天科普大使、空間科學(xué)傳播專家工作室副主任周炳紅走上講臺(tái)，帶領(lǐng)少年們探索一枚中國火箭的上升之路。

從“東方紅一號(hào)”劃破天際，到“胖五”托舉月球采樣返回，再到未來的載人登月與火星取樣，中國火箭的每一次“長高”，都代表著一個(gè)時(shí)代的跨越。在央廣網(wǎng)《大科學(xué)家》科普講堂中，中國航天科普大使、空間科學(xué)傳播專家工作室副主任周炳紅，用一堂精彩的授課，為同學(xué)們勾勒出中國火箭從“無”到“有”、從“小”到“大”、從“一次性”到“可重復(fù)”的宏偉藍(lán)圖。

中國航天科普大使、空間科學(xué)傳播專家工作室副主任周炳紅

火箭的“長高”之路——從300公斤到8噸再到20噸

“明月幾時(shí)有，把酒問青天�！敝鼙�紅引用蘇軾的詩句，將同學(xué)們帶入中國航天的浪漫與壯闊之中。他從中國第一枚運(yùn)載火箭講起——1971年，長征一號(hào)將173公斤的東方紅一號(hào)衛(wèi)星送入太空，實(shí)現(xiàn)了“從無到有”的突破。然而，這只是開始。

周炳紅指著兩枚模型火箭說：“這個(gè)火箭只能運(yùn)300公斤脫離地球引力，而這個(gè)是載人火箭，運(yùn)載能力達(dá)到了8噸�！睆�300公斤到8噸，這是長征二號(hào)F火箭的飛躍。為什么需要這么大？因?yàn)橐�載人——要把航天員連同飛船和服務(wù)艙送入太空，總重接近8噸。而長征二號(hào)F的獨(dú)特之處，在于它頭頂那個(gè)“尖尖的東西”——逃逸塔。

“逃逸塔本身也是一枚火箭，它用的是固體燃料�！敝鼙�紅解釋道，“如果底下的火箭出問題，逃逸塔必須在1到5秒內(nèi)點(diǎn)火，用巨大的加速度將航天員迅速拉離危險(xiǎn)區(qū)�！彼�分享了2018年俄羅斯火箭發(fā)射失敗的案例，正是逃逸塔保住了航天員的生命。通過這種“兩個(gè)99%可靠性系統(tǒng)組合成99.99%可靠性”的巧妙設(shè)計(jì)，中國載人火箭在技術(shù)尚不完美的情況下，實(shí)現(xiàn)了極高的安全保障。

講到這里，周炳紅將目光投向中國航天的起點(diǎn)：“我們國家運(yùn)載火箭的起步，要從大科學(xué)家錢學(xué)森先生說起�！彼�向大家介紹了錢學(xué)森在加州理工學(xué)院念書時(shí)與同學(xué)組成了著名的“五人小組”，因?qū)嶒?yàn)過于危險(xiǎn)被學(xué)校趕到幾十公里外的山溝里，卻在那里建起了世界著名的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）。錢學(xué)森正是JPL的五位創(chuàng)始人之一�！八�回到中國后，領(lǐng)導(dǎo)了中國的導(dǎo)彈事業(yè)，被稱為中國導(dǎo)彈之父、中國航天之父�！闭�是錢學(xué)森在東風(fēng)航天城率先播下的種子，讓中國火箭從無到有、從弱到強(qiáng)。

中國航天的腳步從未停歇。周炳紅介紹，從長征二號(hào)到長征三號(hào)，火箭“縱向加級(jí)”——加了一級(jí)高性能的液氫液氧第三級(jí)，就能把衛(wèi)星送到3.6萬公里高的地球同步軌道。再“橫向捆綁”——給火箭捆上兩個(gè)或四個(gè)助推器，運(yùn)載能力進(jìn)一步躍升。

“長征五號(hào)芯級(jí)直徑5米，四個(gè)助推器每個(gè)直徑3.35米�！边@就是"胖五″，近地軌道運(yùn)載能力提升到了20噸以上。周炳紅說，正是有了“胖五”，中國才能發(fā)射空間站，才能完成嫦娥五號(hào)、嫦娥六號(hào)的月球采樣返回任務(wù)。

周炳紅講解一枚中國火箭的上升之路

面向未來，為了載人登月，中國正在規(guī)劃更為巨大的火箭——它捆綁兩個(gè)5米直徑的助推器，21臺(tái)120噸推力的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，起飛重量超過2000噸，相當(dāng)于三個(gè)長征五號(hào)。它需要分兩次發(fā)射，一次發(fā)射載人飛船，一次發(fā)射著陸器，在環(huán)月軌道對接后著陸月球。這個(gè)目標(biāo)，計(jì)劃在2030年左右實(shí)現(xiàn)。

從可樂瓶到水火箭，飛天的物理原理

周炳紅演講間隙，物理老師王震也來了場“客串”。他用幾個(gè)小實(shí)驗(yàn)，幫助同學(xué)們更好地理解了火箭的科學(xué)原理。

第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)裝有可燃?xì)怏w的密封小瓶子�！叭�、二、一，點(diǎn)火！”隨著一聲爆鳴，瓶子飛了出去�！皻怏w從小口快速噴出，根據(jù)牛頓第三定律，瓶子獲得了反向的推力�！蓖跽鸾忉尩�，“火箭的原理就是這個(gè)——讓氣體向后噴，自己向前飛�！�

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)在室外進(jìn)行。王震在一個(gè)大號(hào)塑料瓶中注入更多可燃?xì)怏w，點(diǎn)火后爆炸更加劇烈，瓶子彈射得更高更遠(yuǎn)�！巴瑢W(xué)們能看到，爆炸越猛烈，獲得的推力越大。但火箭要持續(xù)上升，不能只靠一次爆炸，需要連續(xù)不斷的推進(jìn)�！�

第三個(gè)實(shí)驗(yàn)是水火箭。王震將帶有加壓裝置的水火箭固定在發(fā)射架上�！拔�、四、三、二、一，發(fā)射！”隨著一陣水霧噴出，水火箭直沖云天，引來同學(xué)們的陣陣歡呼�！斑@就是火箭的‘多級(jí)推進(jìn)’和‘持續(xù)推力’的簡化模擬。”王震說。

從太空垃圾到智能火箭，同學(xué)們的奇思妙想

當(dāng)課堂進(jìn)入提問環(huán)節(jié)，同學(xué)們的問題一個(gè)比一個(gè)精彩。

關(guān)于太空垃圾：一位同學(xué)提問，太空垃圾對火箭發(fā)射有什么影響？周炳紅回答，太空垃圾來源多樣——燃料殘余、航天員遺失物品、廢棄衛(wèi)星碰撞等�！叭绻�垃圾越來越多，兩枚廢棄衛(wèi)星相撞，會(huì)引發(fā)雪崩效應(yīng)�！彼�特別提醒同學(xué)們，未來需要發(fā)展主動(dòng)清理技術(shù)和更少產(chǎn)生垃圾的新型火箭。

關(guān)于燃料選擇：另一位同學(xué)問，我國早期的火箭用多種不同燃料，如今為何都轉(zhuǎn)向液氧型？周炳紅解釋：早期要求長期儲(chǔ)存和液體狀態(tài)，選擇了四氧化二氮和偏二甲肼；如今需要更高性能，轉(zhuǎn)向液氧煤油、液氧甲烷、液氫液氧�！耙簹湟貉醯呐艢馑俣瓤蛇_(dá)4.5公里每秒，而液氧煤油只有3點(diǎn)多。用在深空探測和高軌道任務(wù)上，效率更高。”

關(guān)于逃逸塔：有同學(xué)好奇逃逸塔的結(jié)構(gòu)和工作原理。周炳紅指著火箭模型說，逃逸塔高8米多，本質(zhì)上是一枚固體燃料火箭。一旦火箭在最大動(dòng)壓區(qū)（約40-60公里高度）出現(xiàn)故障，逃逸塔在1到5秒內(nèi)點(diǎn)火，以巨大加速度將航天員帶離危險(xiǎn)區(qū)。經(jīng)過安全區(qū)域后，逃逸塔被拋離以減輕重量。

關(guān)于發(fā)射場選址：一位同學(xué)問，中國四大發(fā)射中心選址考慮了哪些因素？周炳紅逐一分析：酒泉——安全、保密；太原和西昌——靠近城市方便生活；文昌——海路運(yùn)輸可運(yùn)5米直徑箭體，且靠近赤道可獲得更高初始速度。

關(guān)于智能火箭：最后一位同學(xué)展望了人工智能在火箭控制中的作用。周炳紅回應(yīng)，當(dāng)前火箭可靠性約98%-99%，因?yàn)闋顟B(tài)監(jiān)測和故障響應(yīng)不夠及時(shí)�！叭绻�人工智能應(yīng)用于生產(chǎn)過程和飛行監(jiān)測，可以實(shí)時(shí)調(diào)整推力分配，靈活改變擺角，實(shí)現(xiàn)更可靠的飛行�！彼�表示，未來的可重復(fù)使用火箭正朝著這個(gè)方向努力。

每一代人有每一代人的火箭

周炳紅在講座中反復(fù)強(qiáng)調(diào)：“每一代人都要有每一代人的火箭�！睆漠�(dāng)年錢學(xué)森在加州理工學(xué)院的“五人小組”，到背著帳篷、帶著土豆在戈壁灘上建立東風(fēng)航天城的創(chuàng)業(yè)者，再到今天能夠規(guī)劃月球基地和火星取樣的年輕工程師，中國航天的每一步跨越，都凝聚著“自力更生、艱苦奮斗、團(tuán)結(jié)協(xié)作、吃苦奉獻(xiàn)”的航天精神。

“未來的空天飛機(jī)、核火箭、等離子火箭，正等著在座的同學(xué)們來實(shí)現(xiàn)�！敝鼙�紅最后勉勵(lì)大家——“停機(jī)坪上，那枚飛得最高最遠(yuǎn)的火箭，它的推進(jìn)劑叫做‘扎實(shí)的學(xué)問’，它的導(dǎo)航叫做‘無畏的好奇’，而它的燃料，永遠(yuǎn)是對科學(xué)不懈的熱愛與探尋。”