长征七号运载火箭成功发射天舟九号货运飞船时,有网友拍到了壮丽的一幕:火箭尾焰在暮色中翻开,好像一只巨型水母,渐渐游过太空,无比冷艳。
这是火箭与大自然一同造就的一场“奇迹”。其实,在火箭发起机焚烧后,能看到的不只有“水母”现象,今日就来为我们揭晓~
这是火箭飞翔进程中燃气羽流与大气环境相互作用的成果,结合特定光学条件构成的视觉奇迹。
长征七号运载火箭由火箭院研发,运用液氧火油作为燃料,焚烧时会发生很多水汽和碳氧化物,它们是构成“水母”现象的物质基础。
在挨近真空的环境下,火箭飞翔时发生的高温燃气从火箭发起机喷管里喷出,剧烈的压力改变和超低的高空环境和温度,使得其间的水蒸气敏捷胀大冷却并发生相变,从气态直接凝华成固态冰晶,构成“火箭羽流凝结束迹”,也是我们口中常说的“火箭云”。
当天发射时天还没亮,火箭在上升进程中会逐渐脱离地球的阴影区。此刻,尽管地上仍处于暗淡之中,但高空的火箭尾焰却能捕捉到阳光,被“自上而下”照亮反射到地上,然后构成了相似“水母”的发光形状。
特别提示:“火箭云”并不是火箭发起机焚烧后首个“科学奇迹”,一同往下看~
火箭焚烧瞬间,首先能观测到发起机尾部喷出的钻石型激波结构——马赫环。火焰喷发的瞬间也像一根根面条,拍摄爱好者称它为“拉面”。
这一现象源于火箭发起机喷流与周围大气压力的相互作用,在地上阶段,环境压力大于发起机出口压力,火箭发起机喷流扩展有限,发生周期性紧缩和胀大,构成明暗相间的环形结构。
假如你看到马赫环逐渐消失,别慌!这仅仅火箭飞到了空气更淡薄的高空,行将迎来新的景象。
火箭起飞后,仔细观察者会发现一个进程现象:火箭尾焰好像逐渐舒展的灿烂“裙摆”,即火箭发起机羽流扩张角的动态演化。
在地上阶段,发起机尾焰还羞怯地收拢着身姿,呈缩短形状;跟着高度添加,尾焰开端舒展身姿,扩张角渐渐增大,在天幕描绘出越来越雄壮的锥形;到挨近真空环境时,这个火热的尾焰甚至会呈现大于90°的超大扩张角,就像一把渐渐翻开的巨伞,所以,或许就会呈现“水母”(“火箭云”)现象。
从“马赫环”到“火箭云”,火箭发起机尾焰逐渐改变的这些美丽现象尽管震慑,但对火箭来说却是隐藏危机——比方尾焰喷流反卷或许“烫坏”箭体。不过别忧虑,火箭规划师早有预备:给火箭“涂”防热涂层、“穿”底部防热板、在规划之初用仿真等方法,验证气体中分子随机运动构成的活动现象等,既保证了火箭的安全可靠,也留下了浪漫的“科学奇迹”。