語宙
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“下次火箭發射，一起來賞尾焰”
上面影片是前幾天長征四號乙運載火箭點火起飛的場景，火箭尾部那濃烈的火焰格外奪目。
如果給上面影片中的尾焰拍一張清晰的照片，你可能會看到不一樣的美，類似這樣：
怎麽能這麽好看！能清晰地看到尾焰上一節一節的馬赫環。（馬赫環是在出口氣流達到超音速時出現的現象。）
劇烈的燃燒，並非都是看起來“紅紅火火”的，火箭推進劑不同，燃燒後的尾焰也各不相同，哪種推進劑更高效呢？
可以借助一個專業的名詞“比衝”，來衡量火箭發動機的燃燒效率。比衝，定義為部門推進劑所能提供的衝量（衝量，即動量的增量），比衝越高，等品質的推進劑就能產生更大的衝量。
比衝常見的部門是秒（s），可以理解為一公斤的推進劑持續產生一公斤的推力，能持續多少秒。
明確了衡量標準，接下來我們就來欣賞常見的幾款尾焰。
第一款
這就是最開始提到的尾焰，產生這樣尾焰的推進劑，是偏二甲肼-四氧化二氮組合。
而這類推進劑發動機的比衝雖然不算大，但也讓人滿意，比如影片中的長征四號乙運載火箭就是採用這種推進劑，起飛時第一級火箭的發動機比衝大約260s，二、三級火箭發動機的比衝最高在300s左右。
這種推進劑最大的缺點，就是偏二甲肼和四氧化二氮都有毒性，但好在都有應對策略。加上這種推進劑相對穩定、對應的點火方式也簡單，所以是火箭發展早、中期最普遍的液體推進劑之一。
第二款
這款尾焰來自煤油-液氧推進劑。
火焰從黃色漸變到藍色，隨之溫度也越來越高。相比上一款尾焰，火焰看起來更加不透明，因為煤油燃燒會有少量固體顆粒。
煤油-液氧是大推力火箭常用的推進劑之一，比衝高，而且實用。這類推進劑發動機的比衝，一般都在300s以上。
10月17日，宇宙神5號火箭發射升空，其中間的尾焰就是煤油-液氧推進劑所產生的。
第三款
這款尾焰來自液氫-液氧推進劑。上圖是德爾塔IV型重型火箭升空的照片，它的尾焰看起來很透明。
不僅尾焰看起來透明，實際這種推進劑也很清潔，因為其燃燒反應物是水蒸氣，應該是目前最清潔的火箭推進劑了。而且這類推進劑發動機比衝之高，也是數一數二的，真空比衝往往都在400s以上。
但因為有著推進劑不易儲存等諸多難題，導致目前使用也不是很廣。儘管如此，因為有前面提到的巨大優勢，這種推進劑仍是未來發展趨勢之一。
第四款
這一款尾焰來自固體推進劑。
在上圖中，阿麗亞娜5號火箭尾部兩邊的火焰粗壯而耀眼，看著圖片都覺得要睜不開眼了；相比之下，中間液體推進劑產生的尾焰真的是“小透明”了。因為固體推進劑燃燒後，在其產物中有大量的固體顆粒，所以這款尾焰會如此“不透明”。
相比於液體推進劑，固體推進劑對應的比衝都比較小。例如前面提到的宇宙神5號火箭，其助推器使用固體推進劑，比衝只有279.3s；而第一級採用煤油-液氧推進劑，比衝超過300s；第二級用液氫-液氧推進劑，比衝超過400s。
儘管比衝低，但固體推進劑便於保存，準備時間短，可以隨時發射，且成本較低，成為眾多火箭助推器和飛彈中的推進劑。
第五款
本文最後一款尾焰來自甲烷-液氧推進劑。
火焰的溫度比較高，所以呈藍色，馬赫環清晰可見。
同樣是液體推進劑，放在最後是因為目前還沒怎麽被實際使用，不過也不會很遙遠了。
SpaceX公司研發的“猛禽”發動機正是採用了甲烷-液氧推進劑，近兩年的測試成績不俗，其真空比衝將近400s，推力也強大，將成為SpaceX公司未來星際航行的選擇。
正式因為甲烷-液氧發動機比衝高、推力大，運用到星際航行中也容易在太陽系其他行星補充燃料，而且也不會遇到液氫-液氧發動機那麽多難題，所以近年來備受青睞。
預計10月29日，在酒泉衛星發射中心將有長征二號丙運載火箭升空，不妨到時看看火箭的尾焰是屬於哪款。
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第 208 期
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