火箭的头部为什么是圆钝形？

余明璐 朱京斌

2020年7月23日，我国第一个火星探测器“天问一号”由“长征五号”运载火箭成功发射，踏上漫漫征途，迈出了中国行星探测的第一步。在当天发射的电视新闻中，人们可以清楚地看到，装载有火星探测器的“长征五号”火箭头部是一个圆钝的锥形，这是为什么呢？

众所周知，火箭头部越尖，在空气中飞行时受到的阻力就越小。所以，火箭为了能用最小的动力飞到更高的天空，探空火箭、除雹增雨火箭等都采用尖锐头部，这使得它们能用比较小的箭体，把探测仪器、除雹增雨剂等送到更高的空中。

但是，这些小型火箭的飞行速度一般只有2～3倍声速，飞行时间也只有十几秒，而发射航天器的运载火箭的飞行速度要达到十几倍声速，并在大气层中飞行数分钟。此时，尖锐的运载火箭头部会被气流加热到几千摄氏度的高温，任何金属构件都會在几秒内变形和解体。

科研人员经过缜密研究，利用流体力学、空气动力学，并进行了大量长时间的风洞科学试验后发现，在超高声速情况下，运载火箭圆钝形的头部表面与超高温气流之间会产生一个空气隔层。

在这道隔层中，空气的流通速度非常快，能带走大量的热量，就像人们在喝粥时向勺子上吹气让粥变凉一样，会让运载火箭头部表面的温度大幅度降低，从而保证运载火箭的飞行安全。

不过，圆钝形的头部角度需要非常精确的计算，太尖锐降温作用不明显，太圆钝产生的阻力太大，会降低运载火箭的运载能力。

此外，运载火箭在发射航天器时，由于卫星、探测器和各种飞船的尺寸不同，使得火箭整流罩的直径也不相同。因此，圆钝头部的角度需要根据任务的不同，重新计算。目前，这项技术仅有中、美、俄、英、法等极少数航天大国掌握。

总之，虽然运载火箭的圆钝形头部看起来很普通，但实则代表着一个国家流体力学、空气动力学的最高水平，是国家科技实力的体现。