如何鉴赏一次火箭发射

文｜毕 导

谁能起飞？

很多城市的公交车司机都是急性子，人家坡上起步，他们坡上起飞。我们来想象一下这样一副画面：当车开过圆弧形路面，如果司机给一脚油，车子可能会腾空而起，你会感受到一种失重的刺激。

这个现象告诉我们，只要你速度够快，你就可以起飞。那要多快才能起飞呢？这个高中物理学过，请自动脑补相关公式。如果我们把视角拉远，把地球看作一个大拱桥，只要司机师傅的油门踩得足够狠，车子也会腾空而起，更加刺激。这个临界速度是7.9千米/秒，俗称第一宇宙速度。

地球上的任何物体，只要达到了这个速度，就会离开地表，成为一颗绕着地球旋转的卫星。所以，要是你把车开到了第一宇宙速度，也许整辆车就会飞向天空，永不回头，成为夜空中陪伴你入睡的第二个月亮。

但很显然，达到7.9千米/秒的速度可不容易，环顾四周，只有两个东西能这么快。一个是空气——你周围的空气分子时刻都在高速撞击着你，那么它的速度有多快呢？使用麦克斯韦速度分布律，经过一通凶猛推导，结果简直令人震颤：空气中的氢气、氦气这样的小鬼头速度简直太快了，甚至会有少量分子达到第一、第二宇宙速度。这就意味着，每天有大量散逸到高空的氦气在疯狂逃离地球进入宇宙。因此，氦气只会消失而不会产生，是一种绝对不可再生资源。在此向大家倡议：少玩氦气球，没有买卖，就没有“杀害”。

宇宙速度

宇宙速度包括第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度。

◇第一宇宙速度≈7.9千米/秒，是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。

◇第二宇宙速度≈11.2千米/秒，是航天器脱离地球引力场所需的最低速度。

◇第三宇宙速度≈16.7千米/秒，是航天器脱离太阳引力场所需的最低速度。

那我们周围第二个能超过第一宇宙速度的，就是火箭了。在这样一个人类向宇宙进发的大时代中，推荐大家人生中一定要至少看一次火箭发射，体验一把倒计时点火的瞬间紧张又震撼的感觉。但如果到关键时刻你什么都不懂，看火箭发射只会说“哇哦好快”“哎呀冒烟了”，那就跟看放鞭炮没区别了。

这里就和大家聊聊如何鉴赏一次火箭发射。看完这篇文章，你就是你朋友圈中的“小专家”。要知道，在家学好数理化，看火箭才不尴尬。

一看火箭啥现象

看火箭发射，首先要懂发射中的现象。

火箭立在发射塔上的时候，会冒出白气。这时候千万别叫：“哎呀，漏气了！”因为部分火箭里面是低温燃料，比如液氢、液氧，尽管有绝热层，但接触空气后还是会产生白气，就好比一根刚拿出冰箱的冰棍。所以大家记住，部分火箭发射前其实是个“冰箭”。

火箭点火时，会产生巨量的白雾。这时候千万别叫：“哎呀，冒烟了!”那可不是烟啊！火箭点火时会喷出温度超过3000℃的火苗，所以，发射塔上会放一个重达600吨的水箱，发射时的高温会让水箱里的水瞬间汽化，产生漂亮的水雾。

火箭上升时，推进器的尾焰中隐约能看到钻石形结构。这时候千万别叫：“哎哟，这火怎么一节一节的！”这个现象叫马赫环。当火箭推进器的喷嘴喷出的气体超过音速时，就有可能产生钻石形的驻波。

火箭升到一定高度，会突然喷出白雾。这时候千万别叫：“哎哟，发射失败了！”这么说可就太不专业了。这时候喷出白雾是因为火箭发动机喷出的水蒸气在10～20千米的高空遇到了-40℃以下的低温，就会形成白色的云雾。

当火箭的轨迹在地面视野中呈现出一道弧线的时候，可别叫：“哎哟，跑偏了！”这个叫重力转向。火箭是先直着上去，快速冲出稠密的大气层，再绕弯平行于地表飞行的，毕竟，最终卫星是绕着地球转的。

二看火箭咋升空

看火箭发射，还要看明白它是咋上去的。

1903年，俄国科学家齐奥尔科夫斯基发表了关于火箭工作构想的论文，成为火箭的“老司机”。火箭工作时发生氧化还原反应，产生大量热和气体并向后喷出，使火箭获得前进的动力。好比你在太空中不小心放了一个屁，那你就会因为屁向后喷出而被向前加速推进，成为一个人形火箭。如果屁被放光了，你还可以选择把屁股（假设屁股为放屁的主要装置）抛掉轻装上阵，那你就是一个二级火箭了。火箭的速度可以用火箭方程（即齐奥尔科夫斯基公式）来计算。

火箭发动机的工作原理非常高深，但里面的化学反应咱们大家还是能看懂的。比如最经典的反应是什么呢？对，是肼和四氧化二氮。这两种物质都有毒且致癌，所以这种发动机被大家亲切地称为“毒发”。我国还研发了煤油液氧和液氢液氧的反应，我们的长征五号B（下文简称“长五B”）用的就是8台YF-100液氧煤油发动机和2台YF-77氢氧发动机。

有一个判断发动机反应的土方法：“毒发”起飞的时候火焰冒红烟，煤油发动机的火焰是黄蓝色，液氢发动机的火焰是透明的。到时候你给朋友们表演一个“看火识箭”，那大家都要直呼内行！

三看火箭去干啥

看火箭发射，还要看它发上去干啥。

比如长五B以后就要负责把空间站的舱段发上去。其实火箭和快递小哥解决的是同一个技术要点：在精确指定的时间把指定目标送到指定位置。所以火箭工程师和快递小哥本质上是一个工种。

火箭的重量有90%是燃料，只有不到5%是任务载荷。类似于找了一个勇猛的肌肉男带一堆干粮让他运输一颗樱桃。因此，每节省1克燃料对火箭来说都是非常重要的。毕竟为了多运一点儿物品，就要多带燃料，为了多带燃料，就要多带燃料，从而导致燃料重量套娃式上升。

懂了这些，再回过头去看火箭发射，你就不会哎哟来哎哟去了。下次大家在现场或线上看火箭发射的时候，可以把在这里学到的小知识应用起来。

发射火箭为了啥？

有些读者可能就要问了，为什么我们要发射火箭呢？中国航天工程一年可能要花20亿美元，给全国14亿人每人分1美元还余出来6亿，把钱送给我吃火锅不好吗？

浅层的原因是，发射火箭能直接造福你的生活。火箭往太空中发射卫星，卫星的用途可就太广泛了：卫星能观察土壤，指导科学耕种，让你收获更多的火锅食材；卫星能导航，让你轻松找到任何一家火锅店；卫星能看天气，让你规划出门吃火锅的日子；卫星能用于军事，让你生活在一个能无忧无虑吃火锅的国家。

深层的原因是，火箭是人类工业的巅峰。为了完成这个大任务，科学家和工程师们要开发更精密的技术，寻找更先进的材料。你永远想不到，尿不湿最初是为宇航员发明的，现在我们的小婴儿们就每天都在穿，使他们的爸爸妈妈解放了巨大的生产力。一项航天技术的突破，会间接向我们的生活溢出很多潜在的福利。

最深层的原因，也许我们可以从几个名字中找到答案。中国于2019年宣布，要在2022年前建成“天宫”空间站。空间站两个实验舱分别叫“问天”和“梦天”。我国的火星探测计划命名为“天问”。我想，这些来自中国古代的优美名字已经回答了我们发展航天事业的动机：我们要向天空、向宇宙发问、探寻。探索宇宙的未知是人类自古以来最本能又强大的梦想，而越强大的梦想越能凝聚更多的人为之奋斗。正如火箭发射，就能凝聚起无数航天人，以星辰大海为征途不懈前行。一枚胖胖的火箭，点火的瞬间，就能让举国同此凉热。

前段时间长五B发射的时候，海南文昌的沙滩上挤满了人。我们基本都不懂火箭，但为什么这么多人能自发集中起来共同关心一个仅仅耗时3分钟的事情呢？我想，是因为火箭的发射能点燃每一个平凡人内心深处的好奇。

在那一刻，沙滩上的大人孩子集体仰望天空，场面十分浪漫。在那一刻，我们都找回了孩童一般的好奇。而好奇，永远是人类进步的原动力。