火箭的“麻花辫”奥秘

李欣珂 方敏 刘晓英

逐梦寰宇，问鼎苍穹，人们对宇宙的探索从未停歇。火箭引擎被点燃，从黑夜与云雾中破土而出，淌游于云霄之外的场面总是充斥着力量与震撼，令人叹为观止。而烟尘漫漫，光影重叠之间，火箭尾部几股明亮的“麻花辫”显得格外抢眼，其耀眼的光芒仿佛要将黑暗撕破……这不禁让人感到奇怪，火箭上明亮的“麻花辫”到底是什么呢？

原来，这明亮的“麻花辫”是火箭燃料燃烧形成的尾焰，当燃料燃烧生成高温气体向后排出时，就会形成明亮的火焰。但为什么尾焰是一节一节的“麻花状”呢？这是因为，在火箭发射速度超过音速并达到一定温度时，其喷管口喷出的气体的内外压力不同，因此产生了膨胀、压缩的循环现象。此周期性循环现象形成了一种激波，在相同间隔内，激波处的空气会被强烈挤压，导致温度升高，这样一来，原气流中剩余的燃料会二次燃烧，显得格外明亮。这种形似麻花辫的独特气流结构，通常被科学家称为“钻石型激波”，也就是我们所看到的火箭明亮的“麻花辫”的由来。由于首次对此现象进行研究与解释的是捷克物理学家、心理学家和哲学家恩斯特·马赫，因此这种一道道圆盘的现象一般被称为“马赫盘”。

那为什么火箭的“麻花辫”会有各种各样的颜色呢？原来，即便同样是助推剂的燃料也分为不同的种类，我们通常看到尾焰透明呈淡蓝色或橙红色的是液氢液氧燃料，尾焰根部亮而不透明、尾部呈天蓝色的为液氧煤油燃料，尾焰透明成明亮蓝、黄混合色的为液氧甲烷燃料，而产生明亮的橘黄色尾焰，并伴随着长长的白色不透明的烟柱的则是固体火箭发动机。

那么，这么漂亮的火箭尾焰是无毒无害的吗？有些燃料的尾焰呈天蓝色或橘红色，且燃烧时伴有大量红烟产生，它就是以偏二甲肼或四氧化二氮为代表的有毒物质燃料。这些燃料毒性极强，如果不小心接触到皮肤或吸入，会对人体造成严重的伤害甚至危及生命，因此使用这种材料也被前苏联的火箭发动机专家形象地称为“抱着老虎睡觉”。

既然这些燃料带有剧毒，那为什么航天系统还要坚持使用偏二甲肼呢？那是因为，偏二甲肼虽带有剧毒，但在航天领域的使用相对安全。在航天发射时，偏二甲肼完全燃烧后可生成无毒气体，并通过相应的排放管道排出。此外，受限于现实发展条件，航天事业发展初期没有发现更安全和高效的替代燃料，因此，在长征五号火箭之前，我国的载人火箭一直采用偏二甲肼作为推进剂，并取得了一系列重大的航天成就。

讲到这里，大家可能对这个火箭这个漂亮的“麻花辫”有了一定的了解，想不到美丽的背后竟然藏着这么多知识，其实关于它的秘密还有很多，需要人们未来更加用心地发现、仔细地探索。

李欣珂（2002—），女，汉族

单    位：陆军勤务学院

研究方向：物流管理与工程

方敏（2000—），男，汉族

单    位：陆军勤务学院

研究方向：物联网工程

刘晓英（1985—），女，汉族

博士研究生

单    位：陆军勤务学院

职    称：副教授

研究方向：功能材料