為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

穀神星一號成功首飛,最吸引大家眼球的還是它通體炫酷的黑色,給人以神秘的科技感。許多人忽然間發現,之前極少有見到黑色的運載火箭,世界各國用來發射航天器的火箭大多是白色,只有極少數是橙黃色或灰色,幾乎沒有黑色火箭,這到底是為什麼呢?

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

黑色的穀神星一號成功發射

火箭的顏色

如果你是一個航天愛好者,你肯定知道運載火箭大多是雪白的底色,上邊除了發射機構的標誌和各國的國旗圖案,就再沒有別的東西。與商業運營的飛機不同,幾乎沒有人把火箭打扮成花枝招展的模樣來吸引眼球。

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

各國運載火箭大多是白色

是因為搞航天的理工男們不喜歡花裡胡哨的外表嗎?這個原因不是沒有,但運載火箭採用白色最主要的因素還是出於科學和經濟的考慮,一方面白色更有利於火箭保溫,同時也可以攜帶更多的東西。

白色的保溫作用

運載火箭需要大量燃料提供給發動機產生推力,由於在高空和太空中沒有氧氣,即便是在海平面高度,空氣中的氧氣含量也遠遠不能滿足燃料劇烈燃燒的需求,所以火箭裡還要攜帶許多液態氧來作為氧化劑。

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

杯中沸騰的液氧

火箭燃料和氧化劑的溫度都非常低,液態氧的溫度就低至-183℃以下,隨著環境溫度上升,這些物質會沸騰並迅速膨脹,進而有爆炸的危險。為了對燃料箱進行保溫,火箭的箭體上覆蓋了一些先進隔熱材料,同時還需要儘量減少外部熱能的進入。

大多數運載火箭的發射場都設在靠近赤道的低緯度地區,這樣可以藉助地球自轉的角動量為火箭加速。我們知道越靠近赤道的地方越熱,陽光也更強,特別是火箭發射場這種毫無遮攔的地方,在太陽底下暴曬幾個小時,火箭的溫度可想而知。

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

長征五號是一枚“冰箭”

許多人喜歡買白色的汽車,因為白色可以反射更多太陽光,自然也能阻止更多輻射熱能進入車內。運載火箭選擇白色作為底色也是同樣的道理。

黃色的火箭

你可能第一時間想到了美國的德爾塔IV型運載火箭,它的箭體是標誌性的橙黃色,這是燃料箱外層保溫材料的顏色。

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

德爾塔IV重型火箭

早年,波音公司曾試圖將德爾塔火箭塗成自己標誌性的天藍色,第一次飛行時試過刷上白色塗料,後來都不了了之。其中一個重要的原因就是重量,給德爾塔IV型火箭三個直徑5米的巨大燃料罐塗上顏色色,至少需要500公斤的油漆,這意味著火箭要少帶500公斤的載荷。加上橙色的保溫材料已經可以滿足隔熱要求了,所以就沒再畫蛇添足。

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

德爾塔IV刷過白漆,也有被煙燻成黑色

與德爾塔IV型火箭類似,美國航天飛機發射時那個巨大的燃料箱也沒有塗色,除了最早兩次發射時刷了白色油漆外,之後的許多次發射全都是本色出演,看起來也頗具科技感。

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

航天飛機

方便觀測

火箭被塗成白色的另一個原因是方便觀測。白天我們仰望天空,天空很亮,但在遙測設備的視野裡,天空始終是深色的。這時候一枚白色的火箭比深色的火箭更醒目,因此也更有利於觀察。

土星五號火箭就在白底上噴塗了巨大的黑色方格圖案,這是德國科學家馮·布勞恩的創造,他將早期設計導彈的經驗用在了運載火箭上,如果火箭在飛行過程中發生滾動或者角度偏移,黑白方格有利於從地面上進行跟蹤觀測。

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

土星五號黑色方格有利於觀測

大面積的黑色條紋給火箭的設計帶來挑戰,黑色更吸熱,它下方的燃料箱局部溫度比其它位置高許多,為了避免發生危險,科學家需要儘量減小色塊面積並且避開一些關鍵部位。

長征系列運載火箭上也採用了一些紅色的色塊,由於傳感器和遙測技術的進步,色塊的面積不再需要很大,因此看起來並不像土星五號那樣打了補丁的樣子。

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

長征火箭表面也有小的方格

黑色的火箭

穀神星一號並不是第一枚黑色火箭,前兩年新西蘭一家美國公司“火箭實驗室(Rocket Lab)”設計了一款名為“電子(Electron)”的小型商用火箭,“電子”火箭兩年多來共進行15次發射,13次成功2次失敗。

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

黑色的“電子”火箭宣傳效果很好

在火箭實驗室的宣傳資料中,“電子”是一枚通體黝黑的液體火箭,但在實際發射時,它燃料箱的位置依然塗成了白色,用以抵抗新西蘭北島炙熱的陽光。

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

“電子”火箭發射時塗了白色

既然外國火箭為了減少陽光輻射採用了白色箭體,為什麼穀神星一號可以塗成黑色呢?究其原因,因為穀神星一號是一枚固體運載火箭,有人說它跟彈道導彈是“一張紙的兩面”。固體火箭的燃料對環境溫度的要求並不像液體火箭那樣苛刻,因此它也不需要像液體火箭那樣為了避免太陽輻射而塗成白色。

為何大多數火箭漆成白色,而中國穀神星一號卻是黑色?

穀神星火箭

設計精良的火箭沒什麼是多餘的,一切都有目的。如果沒有用,那就是多餘的重量,它可能會增加負載。不同的材料具有不同的物理特性(包括顏色),這可能是火箭設計人員必須滿足的要求吧。


分享到:


相關文章: