• 火箭一飞冲天的幕后“加油”故事

    来源: 中国数字科技馆
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      汽车、轮船以及飞机都是依靠燃油或者燃气作为燃料来驱动,从而实现正常行驶的,运载火箭是以什么作为动力,进入太空的呢?
      火箭的燃料
      运载火箭以化学能作为动力进入太空,人们习惯上把燃烧剂和氧化剂通称为火箭发动机的燃料或推进剂。
    液氧储罐
    液氧储罐
      燃烧剂由煤油、酒精、偏二甲肼或液态氢等组成,而氧化剂则是“助燃高手”,包含了液态氧、四氧化二氮等,为燃烧提供助力。当这两种“燃料搭档”相遇时,便会迸发出炽热的“激情”,产生高温高压的气体。这些气体从火箭喷口喷涌而出,形成巨大的推力,像一只无形的手,将运载火箭推向浩瀚的太空。正是这种“化学魔法”,让人类得以挣脱地球的引力,开启探索宇宙的壮丽旅程。
      火箭发动机的“能量之源”主要分为两种形式:液体推进剂和固体推进剂,它们就像火箭的“血液”和“肌肉”,各有千秋。液体推进剂由液体燃料和氧化剂组成,虽然“脾气暴躁”——易燃易爆且容易泄漏,但它“灵活多变”,推力可调,适合需要精准操控的大型运载火箭和航天器姿态控制。不过,液体火箭通常只能在发射前“临时加油”,无法带着燃料长途跋涉。而固体推进剂则像一块“能量压缩饼干”,出厂前就填装完毕,无需临时加注,能使发射准备时间大大缩短。它“力大无穷”,能量密度高,还能减小火箭尺寸。但由于它的推力不可调节,燃烧时间有限,因此多用于小型快速发射火箭或大型火箭的助推级。
    火箭
    喷漆后的火箭贮箱
      目前常用的火箭发动机按推进剂类型分为液体、固体和固—液混合推进剂火箭。由于固态燃烧剂在特定条件下能够产生较高的能量密度,相较于单纯依靠液态氧化剂提供能量的方式,在研制的火箭发动机中固 — 液火箭发动机更为常见。
      火箭燃料加注
      运载火箭的低温推进剂加注过程就像一场精心策划的“降温仪式”,分为四个关键阶段,每个阶段都像在跳一支“冷与热”的平衡之舞。
      (1)小流量加注阶段
      火箭和贮箱在加注前处于常温状态,但相较于低温推进剂来说,无疑是一块“烧红的铁板”,而低温推进剂则更像是“冰凉的泉水”。如果直接大量加注,就像把凉水泼在热铁上,会在一瞬间激起大量蒸汽,很有可能引发危险。因此,加注过程先从“温柔唤醒”开始,用小流量缓慢冷却,让贮箱逐渐适应低温。
      (2)大流量加注阶段
      当贮箱逐渐冷却,加注进入“全速冲刺”阶段。就像运动员在热身结束后开始加速奔跑,大流量加注可以节省时间,但速度仍需控制,避免“跑得太快”对火箭结构造成额外压力。
      (3)减速加注阶段
      当贮箱液位接近目标时,加注速度再次放缓,进入“精准收官”阶段。就像倒满一杯水时,最后几滴需要格外小心,推进剂加注也并非越多越好,过量反而会影响火箭的“轻盈身姿”。
      (4)停放补加阶段
      加注结束后,推进剂进入“停放阶段”,就像一杯冰饮在室温下会慢慢蒸发。为了弥补蒸发损失,临射前会进行最后的“补能”,以小流量加注确保推进剂量精准无误,为火箭的“终极一跃”做好充分准备。
      当推进剂加注完成,火箭便进入临射状态,整装待发,准备迎接那震撼人心的“飞天时刻”!
      火箭发射时为何会冒烟
      随着发射“起飞”的口令发出,火箭腾空而起,发射平台冒起了滚滚白烟。
    火箭发射
      这些白烟难道是燃料泄露吗?当然不是了,新一代运载火箭采用无毒无污染的液氢、液氧、煤油作为燃料,这些白烟中有一小部分是由于燃料的不充分燃烧。大部分则来自于瞬间汽化的水蒸气。这些水蒸气又是从哪里来的呢?当火箭发射时,它尾部喷涌的火焰就如同一头“炽热的巨龙”,温度会在瞬间逼近3000摄氏度,足以让任何材料“瑟瑟发抖”。为了“驯服”这条巨龙,发射塔上配备了一个能容纳600吨水的“超级水箱”。当火箭点火升空,飞到5米高时,400吨水会通过“大流量喷水降温降噪系统”技术向箭体尾部火焰中心喷水。这些水在高温下瞬间汽化,化作滚滚白烟,仿佛为火箭披上了一层“云雾斗篷”。
      这些白烟是水蒸气与少量未充分燃烧的燃料共同演绎的“视觉盛宴”。正是这套“水火交融”的智慧,保护了发射平台,也让火箭的飞天之路更加安全与壮观!
      
    部分信息来源于:环球网、中国载人航天工程办公室、科普中国等
    (科学性审核:刘勇,中国科学院国家空间科学中心研究员)
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