我们都知道,在新闻报道或是直播里,这一串倒计时之后,火箭的尾部就会喷吐出一团巨大的烟雾,托举箭体在震耳欲聋的轰鸣声中腾空而起,加速冲出稠密的大气层。
更细心的观众还会发现,火箭喷出的烟雾并不总是一种颜色。仔细分辨的话,会有白色、红色、褐色、彩色等多种颜色之别。同样是火箭,为什么会喷出不同颜色的烟雾呢?
在火箭型号既定的情况下,火箭推力的大小由质量流量和排气速度主导,质量流量决定“喷出多少物质”,排气速度决定“喷得多快”。而这两项指标,又都与推进剂,也就是燃料和氧化剂的选择紧密相关。
目前,主流的火箭推进剂有液体推进剂、固体推进剂和混合推进剂三种。
液体推进剂具有燃烧效率高、比冲大的特点,能够为火箭提供持久动力,固体燃料以结构简单、储存方便为特色,但可控性相对较差,混合推进剂则以安全性、可调性、环保性见长,但受限于燃烧效率与性能瓶颈。
实际航天任务中,会根据不同的任务需求选择不同的推进剂。由于这些推进剂的化学特征存在巨大差异,因而在发生燃烧反应时,也就会随之产生不同颜色的火箭尾烟。
传统肼类燃料,如偏二甲肼/四氧化二氮的组合,燃烧会分解成红棕色的二氧化氮气体,与空气中水汽混合形成棕黄色的有毒烟雾。
煤油/液氧燃烧产生二氧化碳,出现黄色火焰,高温下渐变为蓝色;液氢/液氧燃烧产物为水蒸气,遇冷就会凝结成白雾;甲烷/液氧燃烧产生蓝色火焰,混合其他组分形成多色尾焰。
固体燃料中掺有金属添加剂,这些金属成分燃烧生成金属氧化物,反射光线形成不同颜色的火焰,多种颜色叠加甚至会产生彩色的尾烟。
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