火箭發射的時候,伴隨著的那些氣體和脫落的碎片是什麼?

飛龍在天9783


我們偶爾在觀看火箭發射或者彈道導彈發射的畫面時會看到彈體周圍有很多東西撒下來,所以很好奇,當然這一現象在火箭上見到的很多。

比如我們在觀看我國發射火箭的直播畫面時經常會看到這一現象,這個撒下來的東西是保溫泡沫,火箭升空過程中風將其從箭體上吹下來就出現這一現象了。首先這個很正常,因為火箭屬於特別精密的物體,裡面有大量的精密元器件,而火箭在發射時都是選擇在空曠的地區發射,而且大多數還是在夜晚發射,為了不讓火箭推進劑的溫度過高或者過低,故意在箭體周圍貼了一些保溫泡沫來進行保溫,火箭發射升空時,速度一快風一大,這些泡沫材料就會掉了下來,這對火箭發射沒有影響。火箭點火升空後,大氣的劇烈摩擦會將這些泡沫塑料從箭體上剝離下來,這就成了人們看到的從火箭身上掉下的碎片。
首先像上圖的我國的長二丙發射時掉下來的就是保溫泡沫,並不是航天飛機上的隔熱瓦,因為不需要啊,火箭的一二級推進部分並不要隔熱瓦,要真是隔熱瓦剛開始就掉下來這是要出問題的。

其次第二種我們看到發射時掉下來很多碎小的東西時,這就不是保溫泡沫了,這個是火箭上的冰渣子,比如現在的新型火箭都採用液氧煤油或者液氫氧發動機,由於液氫液氧的溫度很低,所以火箭箭體外面會結冰,當火箭發射時由於震動和速度增加的原因,這些冰渣也會大量掉落,這就是我們看到的畫面了,最常見的就是spaceX發射獵鷹9火箭時很多時候會出現這個畫面,就是因為獵鷹火箭採用的是液氧煤油火箭發動機,當然這個也和外界溫度有很大關係,一般只有比較冷的季節和夜晚會出現這種現象。

其次還有一種比較特殊的情況,比如美國上世紀研發的和平衛士洲際彈道導彈在發射時也會掉落大量碎屑,不過這些既不是保溫泡沫也不是冰渣,這是導彈彈體與發射筒之間的墊片,就是在平時保證導彈能夠在發射筒內部不搖晃所以會採用這種設計,當然這種墊片也都是一些軟硬合適的蓬髮性材料製成,在導彈離開發射筒後會自動脫落。


魑魅涅槃


世界各國的火箭發射,都是一幕吞雲吐霧、雷鳴震天的場景。這是因為,火箭發射時除了激烈噴射的高溫尾焰,還有尾焰噴射到導流槽後形成的大量水汽,高溫高速尾焰和瞬間汽化的蒸汽交織在一起,加之發動機噴射的巨大轟鳴聲,形成了壯觀的發射場景。

除此之外,細心地朋友可能還會注意到:火箭剛升空不久的時候,常有一些大小不一的碎片從火箭箭體上不斷剝離並脫落下來。

這些從箭體上飄落下來的碎片主要是用於保護儀器艙和整流罩內待發設備的“保溫衣”,一般是泡沫材料。

火箭、衛星等使用的電子、光學等元器件對溫度較為敏感,溫度一般要控制在十幾度到二十幾度之間,溫度過高、過低都可能導致某些部件出現功能失效、接觸不良、管路堵塞等故障,甚至影響發射成功。因此,都採取了複雜的溫控措施。

但是,衛星上的溫控設備要待成功入軌、太陽能帆板展開後才能工作。從衛星和火箭組裝完成,到衛星成功進入軌道並打開太陽能帆板,是一個較為漫長的過程。在此期間,火箭整流罩和衛星在各種階段和狀態下,都處在溫控系統的保障之下。

從箭、星組合後,到火箭發射塔架打開之前,這個過程的溫控由組裝車間、發射塔保障。在垂直髮射組長車間內有全面的溫控保障,在發射塔上有“臍帶”電纜、管路提供燃料、供氣、充電以及調節體溫。

直到發射前一小時,發射固定塔的迴轉平臺完全打開,溫控設備就要離開箭體,僅靠薄薄的火箭整流罩很難抵禦外界的低溫;為了確保衛星或飛船在這一小時內“體溫恆定”,科研人員採取吹熱風、套防寒罩、燈光照射、貼敷保溫材料等多種措施,其中在火箭箭體上貼敷保溫層是最常用也最簡便的方法。這種保溫材料是閉孔泡沫板,既便宜,又有效,像一件羽絨服,鎖住整流罩內的熱量。

火箭點火升空後,隨著速度的不斷加快,火箭與大氣的劇烈摩擦將這些保溫的泡沫塑料從箭體上剝離下來,形成了這種紛紛下落的“碎片”。

這種泡沫板重量極輕,火箭起飛初始階段速度並不高,因此,泡沫板脫落下來也不會砸傷火箭。即便有少數泡沫板沒有脫落,但也會隨著火箭加速,與大氣層的摩擦加劇而漸漸燒蝕,或者整流罩一起墜入大氣層。

有的朋友可能會問:既然衛星需要保溫,那麼保溫材料為什麼從火箭從發射初始階段就剝離,而不是伴隨火箭進入太空?實際上,火箭起飛後到太陽能帆板展開通常只有一千多秒(20分鐘左右),由於時間相對較短,這個過程就不需要再給整流罩“保暖”了。

中國現有四大火箭發射場,其中酒泉、太原兩處發射場位於中高緯度,氣溫相對較低,晝夜溫差較大,尤其需要加裝整流罩“保溫衣”。因此,這些剝離的“碎片”在中國火箭上更為常見。

世界上火箭發射場普遍有一個特點:位於低緯度地區。美國肯尼迪航天中心、法國庫魯發射場、印度斯里哈里科塔發射場、意大利聖馬科發射場,以及中國的文昌衛星發射場,都是如此。

選擇低緯度地區進行火箭發射,主要是利用地球自傳形成的線速度,以及慣性帶來的離心現象,大大減少火箭燃料消耗,提高發射能力。越是接近赤道的位置,這種地球自轉帶來的線速度越大,越有利於火箭減少燃料消耗,接近赤道附近發射衛星,同型號火箭運載能力可增加10%。

我國的衛星發射場最早建立上世紀50、60年代,由於特殊的國際政治軍事環境,中國將其建設在深入內陸的區域,維度相對較高,在利用地球自轉線速度、提高發射能力方面先天不足。

之後的西昌發射場和最新的文昌發射場都逐步向低緯度地區靠近。

發射場維度較高帶來的問題不止發射能力,還有溫度、環境等影響,這就包括了衛星發射前的保溫問題。國外的衛星發射中心多數處在中低緯度,外界溫度較為適宜,很少採用保溫手段。我國的西昌、文昌衛星發射場發射火箭時看不到“碎片”脫落的現象,也同樣是不需要保溫材料的原因。

同時,就算在溫度較高的夏季,酒泉、太原兩處發射場發射時也不需要保溫。此時的火箭發射時也不會看到“碎片”脫落的現象。

有些火箭使用低溫燃料,會在火箭外殼產生結冰現象,這些冰層會在火箭起飛時脫落形成“碎片”

美國的土星五號、獵鷹九號等運載火箭發射時,火箭也會有“碎片”脫。但這些“碎片”不是保溫泡沫,而是冰渣。這些火箭使用的是液氫、液氧燃料,由於其溫度極低,因此在燃料儲箱外的在火箭殼體上會出現水汽凝結成冰的現象。火箭發射後,這些冰層會在火箭震動和空氣摩擦的作用下紛紛脫落。

有些火箭在發射前後階段,箭體會不斷有白色的“煙霧”冒出,這是由於低溫燃料洩露和低溫冷凝水氣共同形成的結果。

一般情況下,火箭燃料補加會一直進行,並持續到發射前4分鐘,確認氫氧燃料量合適後結束補加,補加擺杆和測量擺杆會脫離。

火箭使用的液氧容器加註時是不能完全密封的,因此在補加過程中,從加註口冒出來的“氣體”,既有冷凝出來的水汽,也有漏出來的液氧。

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