中國這枚火箭發射瞬間，為什麼會有400噸水噴下?

出品:科普中國

製作:寒木釣萌團隊 許仁華

監製:中國科學院計算機網路信息中心

傳統認知里，大塊頭才有大力量。不過，今天中國在海南文昌發射的這枚長征七號火箭，並非完全如此。與我國之前的主力火箭相比，長征七號火箭在自身重量增加20%的情況下，運力居然增加了70%!它是怎麼做到的呢?還有，長七發射時，周圍居然要噴射400噸水，這又是為什麼?

相比我國以往的火箭，重量從500噸增加到600噸，而其運力從8噸提升到14噸。

燃料很給力

我國以前大都是使用偏二甲肼和四氧化二氮作為火箭的推進劑。

偏二甲肼是一種氧化劑，非常容易燃燒和爆炸，一直以來，常用作火箭燃料。然而，偏二甲肼有劇毒，還致癌，這是它最大的缺點。作為氧化劑的四氧化二氮，也是有毒的，還有強烈的腐蝕性。

俄羅斯使用偏二甲肼和四氧化二氮作為燃料，發射現場紅煙滾滾。

而長征七號，全部使用液氧和煤油，無毒環保，燃燒後的主要產物是水和二氧化碳。

早前發射的長征六號燃料為液氧和煤油，燃燒的主要產物是水汽，發射現場白煙滾滾

液氧和煤油的另一大優點是便宜。把空氣冷凍成液體後再分離，就能製成了液氧，因此，一噸液氧的價格還不到2000元。另外，煤油也不貴。但偏二甲肼就不同了，它的價格高達每噸8萬元，四氧化二氮的價格為每噸1.7萬元。

液氧為淺藍色液體

便宜的燃料可以降低火箭發射成本。以發射神舟飛船的長征二F火箭為例，如果使用液氧煤油，那麼每次發射可以節約推進劑費用上千萬元。

值得注意的是，液氧溫度約為零下180攝氏度，灌入後，過不了多久，箭體上就會有大量凝結的水珠，尤其是在海南文昌這種高熱高濕的地方，水汽凝結現象更為嚴重。為了解決此問題，長征七號進行了特殊設計，箭體可防水，也正因此，長征七號甚至可在中雨的天氣狀況下進行發射。

不少人難免有疑問，液氧和煤油既然如此便宜環保，為何以前發射火箭卻沒有使用呢?答案當然是發動機--可以說，沒有我國液氧煤油發動機的研製成功，就沒有今日長征七號的大推力。

先進的發動機

長征五號(左)、長征七號(右)(陳霄 攝)

長征七號的4個助推器，每個使用一台YF-100液氧煤油發動機，火箭芯一級使用兩台YF-100液氧煤油發動機，每台YF-100液氧煤油發動機能產生120噸推力。高性能的液氧煤油火箭發動機是長征七號在自身體重增加不大的情況下，運力大幅提高的根本原因之一。

圖為YF-100發動機，可提供120噸的推力，而長征2F火箭發動機每台只能提供75噸的推力。我國重載火箭長征五號，又叫大火箭，也將使用YF-100發動機。

另外，火箭裝載的燃料越多，運力越大，長征七號高達53米，而其自身鋼材重量只佔到10%，這也是其運力大增的原因之一。

海南發射場

中國4大航天發射場

中國目前有4大航天發射基地，緯度最低的當屬海南文昌發射中心，而這個發射場執行的第一次火箭發射任務就是今天的長征七號發射，意義重大。

發射「天宮1號」的時候，由於火箭4.2米直徑的整流罩超過了鐵路涵洞的寬度，最後是把整流罩分成幾段來運輸。長征七號的整流罩直徑也是4米多長，但由於它是從天津直接運往海南，就不存在直徑超限的問題，它可以通過集裝箱整體運輸。

眾所周知，地球表面的所有物體均沿著緯線的方向隨著地球自西向東轉動，由於這個原因，火箭在地面未發射之前，其實就已經具有了一個和地球自轉速度相同，並且是向東的速度。如果火箭的發射方向是向東，那麼它就可以利用這個本來就有的速度使自身迅速加速。

然而，地球表面各處的線速度是不同的，南北極點的線速度最小，越靠近赤道，線速度越大。

對於地球來說，赤道上的線速度最大，為每秒456米，如果在赤道發射火箭，則最節省燃料。

能節省到什麼程度呢?咱們可以通過法國的庫魯航天發射場和哈薩克的拜科努爾航天發射場來對比一下:

庫魯航天發射場是法國目前唯一的航天發射場，也是歐空局開展航天活動的主要場所，位於南美洲東北部，為法國海外最大的省份法屬蓋亞那。

法國的庫魯航天發射場緯度只有5.23度，薩克斯坦的拜科努爾航天發射場緯度是北緯46度。

如果一枚火箭是在庫魯航天發射場發射，它的地球同步轉移軌道運載能力要比在拜科努爾航天發射場發射高出20%。

假如發射基地的緯度比拜科努爾航天發射場緯度更高，比如說北緯70度，那它的運載能力會比在庫魯航天發射場發射時減少一半。

中國海南文昌衛星發射中心位於北緯19度36分，雖然它還不算很靠近赤道，但目前來說它是我國最靠近赤道的發射場。

發射台要噴400噸水降溫

發射台噴水試驗(圖片來自劉涵)

跟以前的火箭發射不同，發射長征七號時，發射平台會在20秒內噴出400噸水降溫和降噪。

火箭點火時，尾焰直衝發射平台，讓其瞬間接近3000攝氏度。如果不對其進行降溫保護，集多種設備於一身的多功能發射台勢必將會因高溫遭到損壞。

據「大流量噴水降溫降噪系統」技術負責人陳勁松介紹， 這400 噸水噴出去後，有30%的水將汽化到大氣中，水分蒸發將帶走大量的熱。

除了降溫，400噸水的另一個重要功能是降低雜訊。

圖為美國肯尼迪航天中心39號發射台正在進行噴水試驗。

火箭發射時，39號發射台上的1135.6噸水將會在數十秒內被清空。

火箭點火時，噪音巨大，而此時火箭的上升速度又極慢，所以，能量巨大的聲波有可能會破壞火箭本身。為了減弱噪音，需要在其發射時從一定的角度大量噴水。美國肯尼迪航天中心的發射台，噴水後能在原有基礎上減弱40分貝左右。

長七是未來主力

我國新一代運載火箭中，長征七號既不像長征六號那般小，也不像長征五號那般大，它處在中間位置，屬於全新研製的新一代中型運載火箭，這也決定了我國未來的大量發射任務將由長征七號來承擔。

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