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為什麼火箭發射前,會冒“白煙”,有時候還會掉落碎片?

  • 由 寰宇科學新觀察 發表于 動作武俠
  • 2023-01-13
簡介由於這些液氧的溫度非常低,它會進一步加速火箭機身的冷卻,特別是在放洩閥的區域,因此周圍空氣的水分子會凝結,形成的水霧,這也是我們看到的“白煙”中的一部分

箭怎麼製作手工

當你往杯子裡到冰水,或者從冰箱裡拿出一罐冰可樂,你會發現杯子或罐子外面很快掛滿水滴,這些水滴並不是來自其他地方,而是來自空氣——如果你把冰可樂放到真空中,罐子外是不會有水滴的。這是因為空氣中的水蒸氣遇冷凝結而生成的水滴,如果你理解這個現象,就能理解為什麼火箭發射前或“冒白煙”。

為什麼火箭發射前,會冒“白煙”,有時候還會掉落碎片?

我們的空氣中充滿了大量的水蒸氣,平均來說,你現在呼吸的每一口空氣中,含有大約4%的水,這些水有一個凝結點,當到達這個溫度時,空氣中的氣態水會凝結成液體的形式。由於杯子或可樂罐很冷,這將導致附近空氣中的水冷凝,從而生成大量的水滴。

火箭也是如此,它們在發射之前,外表面也是很冷的。你可能會說,“什麼?火箭發動機噴那麼大的火,怎麼會是冷的?”火箭發動機和火箭整體在工作的時候的確是溫度很高的,但是在發射之前,它們會經歷很低的溫度。

為什麼火箭發射前,會冒“白煙”,有時候還會掉落碎片?

火箭發動機需要兩樣東西才能燃燒:推進劑(燃料)和助燃劑(氧化劑),這兩者缺了其中一種,都沒法讓火箭發動機噴火。有推進劑而沒有助燃劑,推進劑根本沒法點燃,而助燃劑本身是不能燃燒,它只是為燃料提供氧化物質。由於太空中沒有空氣,沒有氧氣(助燃劑),火箭的發動機沒辦法工作。工程師們能做的,就是在火箭內部裝大量的氧氣。

但是由於空間的限制,火箭內不可能裝大量的氣態氧,一般裝的都是液態氧。液氧的溫度非常低,在-218。8℃到-183℃之間,只要溫度超過-183℃,它就會沸騰——是的,像燒開水那樣。在地球上99%的地方,常溫都會超過-183℃,所以這些液氧會不會蒸發,如果把裝液氧的罐子封得死死,罐內壓力會不斷升高,很快就會爆炸。

為什麼火箭發射前,會冒“白煙”,有時候還會掉落碎片?

因此,在火箭發射前,裝液氧的罐子會開啟一個口,因此,我們在火箭發射前看到的“白煙”,部分是

蒸發的液氧

。當然,工程師們同時會在另一邊還會不斷補充液態,直到火箭發射前幾分鐘才會停止,最後還會關閉那個用來釋放壓力的口子。

還有,儘管火箭中的液氧儲罐有厚厚的隔熱層,以防止液體在任務完成前全部沸騰,但溫度仍然非常接近液氧的沸點。由於這些液氧的溫度非常低,它會進一步加速火箭機身的冷卻,特別是在放洩閥的區域,因此周圍空氣的水分子會凝結,形成的水霧,這也是我們看到的“白煙”中的一部分。

為什麼火箭發射前,會冒“白煙”,有時候還會掉落碎片?

液氧貯箱是高度隔熱的,因此火箭外部和氧氣儲存罐之間的溫度需要更多的時間來穩定,因此冷卻需要更長的時間,結果是火箭外面結了一層冰。當火箭被點火發射後,火箭機身會發生劇烈的震動,將這些凝結在火箭表面的冰抖落,這就是為什麼我們有時火箭在發射時會掉落大量大塊的“碎片”。

除此之外,固體推進劑在發生反應後,也會散落大量的無色固體顆粒物。

為什麼火箭發射前,會冒“白煙”,有時候還會掉落碎片?

很多人第一次在現場看火箭發射的時候,可能會遇到火箭“冒白煙”,也許會被嚇到,以為是火箭裡面發生火災了。現在,我們知道,那些所謂的“白煙”其實是蒸發的液氧和空氣中的水蒸氣凝結的共同效果。

為什麼火箭發射前,會冒“白煙”,有時候還會掉落碎片?

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