火箭的“麻花辮”奧秘

李欣珂 方敏 劉曉英

逐夢寰宇，問鼎蒼穹，人們對宇宙的探索從未停歇?；鸺姹稽c燃，從黑夜與云霧中破土而出，淌游于云霄之外的場面總是充斥著力量與震撼，令人嘆為觀止。而煙塵漫漫，光影重疊之間，火箭尾部幾股明亮的“麻花辮”顯得格外搶眼，其耀眼的光芒仿佛要將黑暗撕破……這不禁讓人感到奇怪，火箭上明亮的“麻花辮”到底是什么呢？

原來，這明亮的“麻花辮”是火箭燃料燃燒形成的尾焰，當燃料燃燒生成高溫氣體向后排出時，就會形成明亮的火焰。但為什么尾焰是一節(jié)一節(jié)的“麻花狀”呢？這是因為，在火箭發(fā)射速度超過音速并達到一定溫度時，其噴管口噴出的氣體的內外壓力不同，因此產(chǎn)生了膨脹、壓縮的循環(huán)現(xiàn)象。此周期性循環(huán)現(xiàn)象形成了一種激波，在相同間隔內，激波處的空氣會被強烈擠壓，導致溫度升高，這樣一來，原氣流中剩余的燃料會二次燃燒，顯得格外明亮。這種形似麻花辮的獨特氣流結構，通常被科學家稱為“鉆石型激波”，也就是我們所看到的火箭明亮的“麻花辮”的由來。由于首次對此現(xiàn)象進行研究與解釋的是捷克物理學家、心理學家和哲學家恩斯特·馬赫，因此這種一道道圓盤的現(xiàn)象一般被稱為“馬赫盤”。

那為什么火箭的“麻花辮”會有各種各樣的顏色呢？原來，即便同樣是助推劑的燃料也分為不同的種類，我們通?？吹轿惭嫱该鞒实{色或橙紅色的是液氫液氧燃料，尾焰根部亮而不透明、尾部呈天藍色的為液氧煤油燃料，尾焰透明成明亮藍、黃混合色的為液氧甲烷燃料，而產(chǎn)生明亮的橘黃色尾焰，并伴隨著長長的白色不透明的煙柱的則是固體火箭發(fā)動機。

那么，這么漂亮的火箭尾焰是無毒無害的嗎？有些燃料的尾焰呈天藍色或橘紅色，且燃燒時伴有大量紅煙產(chǎn)生，它就是以偏二甲肼或四氧化二氮為代表的有毒物質燃料。這些燃料毒性極強，如果不小心接觸到皮膚或吸入，會對人體造成嚴重的傷害甚至危及生命，因此使用這種材料也被前蘇聯(lián)的火箭發(fā)動機專家形象地稱為“抱著老虎睡覺”。

既然這些燃料帶有劇毒，那為什么航天系統(tǒng)還要堅持使用偏二甲肼呢？那是因為，偏二甲肼雖帶有劇毒，但在航天領域的使用相對安全。在航天發(fā)射時，偏二甲肼完全燃燒后可生成無毒氣體，并通過相應的排放管道排出。此外，受限于現(xiàn)實發(fā)展條件，航天事業(yè)發(fā)展初期沒有發(fā)現(xiàn)更安全和高效的替代燃料，因此，在長征五號火箭之前，我國的載人火箭一直采用偏二甲肼作為推進劑，并取得了一系列重大的航天成就。

講到這里，大家可能對這個火箭這個漂亮的“麻花辮”有了一定的了解，想不到美麗的背后竟然藏著這么多知識，其實關于它的秘密還有很多，需要人們未來更加用心地發(fā)現(xiàn)、仔細地探索。

李欣珂（2002—），女，漢族

單? ? 位：陸軍勤務學院

研究方向：物流管理與工程

方敏（2000—），男，漢族

單? ? 位：陸軍勤務學院

研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程

劉曉英（1985—），女，漢族

博士研究生

單? ? 位：陸軍勤務學院

職? ? 稱：副教授

研究方向：功能材料