長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭成功發(fā)射天舟九號(hào)貨運(yùn)飛船時(shí)，有網(wǎng)友拍到了壯觀的一幕：火箭尾焰在夜幕中展開(kāi)，如同一只巨型水母，緩緩游過(guò)太空，無(wú)比驚艷。

這是火箭與大自然共同造就的一場(chǎng)“奇觀”。其實(shí)，在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后，能看到的不只有“水母”現(xiàn)象，今天就來(lái)為大家揭曉~

這是火箭飛行過(guò)程中燃?xì)庥鹆髋c大氣環(huán)境相互作用的結(jié)果，結(jié)合特定光學(xué)條件形成的視覺(jué)奇觀。

長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭由火箭院研制，使用液氧煤油作為燃料，燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量水汽和碳氧化物，它們是形成“水母”現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)。

在接近真空的環(huán)境下，火箭飛行時(shí)產(chǎn)生的高溫燃?xì)鈴幕鸺l(fā)動(dòng)機(jī)噴管里噴出，劇烈的壓力變化和超低的高空環(huán)境溫度，使得其中的水蒸氣迅速膨脹冷卻并發(fā)生相變，從氣態(tài)直接凝華成固態(tài)冰晶，形成“火箭羽流凝結(jié)尾跡”，也是大家口中常說(shuō)的“火箭云”。

當(dāng)天發(fā)射時(shí)天還沒(méi)亮，火箭在上升過(guò)程中會(huì)逐漸脫離地球的陰影區(qū)。此時(shí)，雖然地面仍處于昏暗之中，但高空的火箭尾焰卻能捕捉到陽(yáng)光，被“自上而下”照亮反射到地面，從而形成了類似“水母”的發(fā)光形態(tài)。

彩 蛋

想在家門(mén)口捕捉火箭發(fā)射時(shí)的“水母”？

1

關(guān)注火箭使用的燃料

2

關(guān)注火箭發(fā)射時(shí)間是否為黎明或黃昏

3

關(guān)注當(dāng)天高層大氣是否穩(wěn)定

特別提示：“火箭云”并不是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后首個(gè)“科學(xué)奇觀”，一起往下看~

火箭尾焰“拉面”——馬赫環(huán)

火箭點(diǎn)火瞬間，首先能觀測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)尾部噴出的鉆石型激波結(jié)構(gòu)——馬赫環(huán)?；鹧鎳娚涞乃查g也像一根根面條，攝影愛(ài)好者稱它為“拉面”。

這一現(xiàn)象源于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴流與周?chē)髿鈮毫Φ南嗷プ饔?，在地面階段，環(huán)境壓力大于發(fā)動(dòng)機(jī)出口壓力，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴流擴(kuò)展有限，產(chǎn)生周期性壓縮和膨脹，形成明暗相間的環(huán)形結(jié)構(gòu)。

如果你看到馬赫環(huán)逐漸消失，別慌！這只是火箭飛到了空氣更稀薄的高空，即將迎來(lái)新的景觀。

尾焰動(dòng)態(tài)演變——“裙擺”

火箭起飛后，細(xì)心觀察者會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)過(guò)程現(xiàn)象：火箭尾焰如同逐漸舒展的璀璨“裙擺”，即火箭發(fā)動(dòng)機(jī)羽流擴(kuò)張角的動(dòng)態(tài)演變。

在地面階段，發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰還羞怯地收攏著身姿，呈收縮形態(tài)；隨著高度增加，尾焰開(kāi)始舒展身姿，擴(kuò)張角慢慢增大，在天幕描繪出越來(lái)越壯闊的錐形；到接近真空環(huán)境時(shí)，這個(gè)熾熱的尾焰甚至?xí)霈F(xiàn)大于90°的超大擴(kuò)張角，就像一把緩緩打開(kāi)的巨傘，于是，可能就會(huì)出現(xiàn)“水母”（“火箭云”）現(xiàn)象。

從“馬赫環(huán)”到“火箭云”，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰逐步變化的這些美麗現(xiàn)象雖然震撼，但對(duì)火箭來(lái)說(shuō)卻是暗藏危機(jī)——比如尾焰噴流反卷可能“燙傷”箭體。不過(guò)別擔(dān)心，火箭設(shè)計(jì)師早有準(zhǔn)備：給火箭“涂”防熱涂層、“穿”底部防熱板、在設(shè)計(jì)之初用仿真等方式，驗(yàn)證氣體中分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)形成的流動(dòng)現(xiàn)象等，既保障了火箭的安全可靠，也留下了浪漫的“科學(xué)奇觀”。

來(lái)源 | 綜合自中國(guó)運(yùn)載火箭研究院、大漠問(wèn)天

編輯 | 蘆恬瑩

校對(duì)|李文輝

主編 | 張文軍

本文轉(zhuǎn)載自公眾微信號(hào)：我們的太空

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