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中国这枚火箭发射霎时,为什么会有400吨水喷下?

分类:新闻摘要 作者:默然 评论:0 点击: 378 次 日期:2016-06-26

  出品:科普中国

  制作:寒木钓萌团队 许仁华

  监制:中国科学院计算机网络信息中央

  传统认知里,大块头才有大力量。不过,今天中国在海南文昌发射的这枚长征七号火箭,并非完全如此。与我国之前的主力火箭比拟,长征七号火箭在本身分量增加20%的情况下,运力居然增加了70%!它是怎么做到的呢?还有,长七发射时,周围居然要喷射400吨水,这又是为什么?

比拟我国以往的火箭,分量从500吨增加到600吨,而其运力从8吨晋升到14吨。比拟我国以往的火箭,分量从500吨增加到600吨,而其运力从8吨晋升到14吨。

  燃料很给力

  我国从前大都是应用偏二甲肼和四氧化二氮作为火箭的推进剂。

  偏二甲肼是一种氧化剂,非常容易焚烧和爆炸,一直以来,常用作火箭燃料。然而,偏二甲肼有剧毒,还致癌,这是它最大的缺点。作为氧化剂的四氧化二氮,也是有毒的,还有强烈的腐蚀性。

俄罗斯应用偏二甲肼和四氧化二氮作为燃料,发射现场红烟滔滔。俄罗斯应用偏二甲肼和四氧化二氮作为燃料,发射现场红烟滔滔。

  而长征七号,全部应用液氧和火油,无毒环保,焚烧后的重要产品是水和二氧化碳。

早前发射的长征六号燃料为液氧和火油,焚烧的重要产品是水汽,发射现场白烟滔滔早前发射的长征六号燃料为液氧和火油,焚烧的重要产品是水汽,发射现场白烟滔滔

  液氧和火油的另一大优点是廉价。把空气冷冻成液体后再分离,就能制成了液氧,因此,一吨液氧的价钱还不到2000元。另外,火油也不贵。但偏二甲肼就差别了,它的价钱高达每吨8万元,四氧化二氮的价钱为每吨1.7万元。

液氧为浅蓝色液体液氧为浅蓝色液体

  廉价的燃料能够降低火箭发射成本。以发射神舟飞船的长征二F火箭为例,假如应用液氧火油,那么每次发射能够节约推进剂费用上千万元。

  值得注意的是,液氧温度约为零下180摄氏度,灌入后,过不了多久,箭体上就会有大批凝结的水珠,尤其是在海南文昌这种高热高湿的地方,水汽凝结现象更为严重。为了解决此问题,长征七号进行了特殊设计,箭体可防水,也正因此,长征七号甚至可在中雨的天气状况下进行发射。

  不少人难免有疑问,液氧和火油既然如此廉价环保,为何从前发射火箭却没有应用呢?答案当然是发动机——能够说,没有我国液氧火油发动机的研制成功,就没有今日长征七号的大推力。

  先进的发动机

长征五号(左)、长征七号(右)(陈霄 摄)长征五号(左)、长征七号(右)(陈霄 摄)

  长征七号的4个助推器,每个应用一台YF-100液氧火油发动机,火箭芯一级应用两台YF-100液氧火油发动机,每台YF-100液氧火油发动机能产生120吨推力。高性能的液氧火油火箭发动机是长征七号在本身体重增加不大的情况下,运力大幅提高的根本起因之一。

图为YF-100发动机,可供给120吨的推力,而长征2F火箭发动机每台只能供给75吨的推力。我国重载火箭长征五号,又叫大火箭,也将应用YF-100发动机。  图为YF-100发动机,可供给120吨的推力,而长征2F火箭发动机每台只能供给75吨的推力。我国重载火箭长征五号,又叫大火箭,也将应用YF-100发动机。

  另外,火箭装载的燃料越多,运力越大,长征七号高达53米,而其本身钢材分量只占到10%,这也是其运力大增的起因之一。

  海南发射场

中国4大航天发射场中国4大航天发射场

  中国现在有4大航天发射基地,纬度最低的当属海南文昌发射中央,而这个发射场执行的第一次火箭发射任务就是今天的长征七号发射,意义重大。

  发射“天宫1号”的时候,因为火箭4.2米直径的整流罩超过了铁路涵洞的宽度,最后是把整流罩分成几段来运输。长征七号的整流罩直径也是4米多长,但因为它是从天津直接运往海南,就不存在直径超限的问题,它能够经由集装箱整体运输。

  众所周知,地球表面的所有物体均沿着纬线的方向随着地球自西向东转动,因为这个起因,火箭在地面未发射之前,其实就已经具有了一个和地球自转速率相同,并且是向东的速率。假如火箭的发射方向是向东,那么它就能够利用这个本来就有的速率使本身迅速加速。

  然而,地球表面各处的线速率是差别的,南北极点的线速率最小,越凑近赤道,线速率越大。

  对于地球来说,赤道上的线速率最大,为每秒456米,假如在赤道发射火箭,则最节省燃料。

  能节省到什么程度呢?咱们能够经由法国的库鲁航天发射场和哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场来对比一下:

库鲁航天发射场是法国现在唯一的航天发射场,也是欧空局发展航天活动的重要场所,位于南美洲东北部,为法国海外最大的省份法属圭亚那。  库鲁航天发射场是法国现在唯一的航天发射场,也是欧空局发展航天活动的重要场所,位于南美洲东北部,为法国海外最大的省份法属圭亚那。

  法国的库鲁航天发射场纬度只有5.23度,萨克斯坦的拜科努尔航天发射场纬度是北纬46度。

  假如一枚火箭是在库鲁航天发射场发射,它的地球同步转移轨道运载能力要比在拜科努尔航天发射场发射高出20%。

  假如发射基地的纬度比拜科努尔航天发射场纬度更高,比如说北纬70度,那它的运载能力会比在库鲁航天发射场发射时减少一半。

中国海南文昌卫星发射中央位于北纬19度36分,虽然它还不算很凑近赤道,但现在来说它是我国最凑近赤道的发射场。  中国海南文昌卫星发射中央位于北纬19度36分,虽然它还不算很凑近赤道,但现在来说它是我国最凑近赤道的发射场。

  发射台要喷400吨水降温

发射台喷水实验(图片来自刘涵)发射台喷水实验(图片来自刘涵)

  跟从前的火箭发射差别,发射长征七号时,发射平台会在20秒内喷出400吨水降温和降噪。

  火箭点火时,尾焰直冲发射平台,让其瞬间接近3000摄氏度。假如不对其进行降温保护,集多种设备于一身的多功能发射台势必将会因高温遭到损坏。

  据“大流量喷水降温降噪系统”技术负责人陈劲松介绍, 这400 吨水喷出去后,有30%的水将汽化到大气中,水分蒸发将带走大批的热。

  除了降温,400吨水的另一个重要功能是降低噪声。

图为美国肯尼迪航天中央39号发射台正在进行喷水实验。图为美国肯尼迪航天中央39号发射台正在进行喷水实验。
火箭发射时,39号发射台上的1135.6吨水将会在数十秒内被清空。火箭发射时,39号发射台上的1135.6吨水将会在数十秒内被清空。

  火箭点火时,噪音巨大,而此时火箭的上升速率又极慢,所以,能量巨大的声波有可能会破坏火箭本身。为了减弱噪音,需要在其发射时从一定的角度大批喷水。美国肯尼迪航天中央的发射台,喷水后能在原有基础上减弱40分贝左右。

  长七是未来主力

  我国新一代运载火箭中,长征七号既不像长征六号那般小,也不像长征五号那般大,它处在中间位置,属于全新研制的新一代中型运载火箭,这也决定了我国未来的大批发射任务将由长征七号来承担。

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致儒先生

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