如何鑒賞一次火箭發(fā)射

文｜畢 導(dǎo)

誰能起飛？

很多城市的公交車司機(jī)都是急性子，人家坡上起步，他們坡上起飛。我們來想象一下這樣一副畫面：當(dāng)車開過圓弧形路面，如果司機(jī)給一腳油，車子可能會(huì)騰空而起，你會(huì)感受到一種失重的刺激。

這個(gè)現(xiàn)象告訴我們，只要你速度夠快，你就可以起飛。那要多快才能起飛呢？這個(gè)高中物理學(xué)過，請(qǐng)自動(dòng)腦補(bǔ)相關(guān)公式。如果我們把視角拉遠(yuǎn)，把地球看作一個(gè)大拱橋，只要司機(jī)師傅的油門踩得足夠狠，車子也會(huì)騰空而起，更加刺激。這個(gè)臨界速度是7.9千米/秒，俗稱第一宇宙速度。

地球上的任何物體，只要達(dá)到了這個(gè)速度，就會(huì)離開地表，成為一顆繞著地球旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星。所以，要是你把車開到了第一宇宙速度，也許整輛車就會(huì)飛向天空，永不回頭，成為夜空中陪伴你入睡的第二個(gè)月亮。

但很顯然，達(dá)到7.9千米/秒的速度可不容易，環(huán)顧四周，只有兩個(gè)東西能這么快。一個(gè)是空氣——你周圍的空氣分子時(shí)刻都在高速撞擊著你，那么它的速度有多快呢？使用麥克斯韋速度分布律，經(jīng)過一通兇猛推導(dǎo)，結(jié)果簡直令人震顫：空氣中的氫氣、氦氣這樣的小鬼頭速度簡直太快了，甚至?xí)猩倭糠肿舆_(dá)到第一、第二宇宙速度。這就意味著，每天有大量散逸到高空的氦氣在瘋狂逃離地球進(jìn)入宇宙。因此，氦氣只會(huì)消失而不會(huì)產(chǎn)生，是一種絕對(duì)不可再生資源。在此向大家倡議：少玩氦氣球，沒有買賣，就沒有“殺害”。

宇宙速度

宇宙速度包括第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度。

◇第一宇宙速度≈7.9千米/秒，是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度。

◇第二宇宙速度≈11.2千米/秒，是航天器脫離地球引力場所需的最低速度。

◇第三宇宙速度≈16.7千米/秒，是航天器脫離太陽引力場所需的最低速度。

那我們周圍第二個(gè)能超過第一宇宙速度的，就是火箭了。在這樣一個(gè)人類向宇宙進(jìn)發(fā)的大時(shí)代中，推薦大家人生中一定要至少看一次火箭發(fā)射，體驗(yàn)一把倒計(jì)時(shí)點(diǎn)火的瞬間緊張又震撼的感覺。但如果到關(guān)鍵時(shí)刻你什么都不懂，看火箭發(fā)射只會(huì)說“哇哦好快”“哎呀冒煙了”，那就跟看放鞭炮沒區(qū)別了。

這里就和大家聊聊如何鑒賞一次火箭發(fā)射。看完這篇文章，你就是你朋友圈中的“小專家”。要知道，在家學(xué)好數(shù)理化，看火箭才不尷尬。

一看火箭啥現(xiàn)象

看火箭發(fā)射，首先要懂發(fā)射中的現(xiàn)象。

火箭立在發(fā)射塔上的時(shí)候，會(huì)冒出白氣。這時(shí)候千萬別叫：“哎呀，漏氣了！”因?yàn)椴糠只鸺锩媸堑蜏厝剂希热缫簹?、液氧，盡管有絕熱層，但接觸空氣后還是會(huì)產(chǎn)生白氣，就好比一根剛拿出冰箱的冰棍。所以大家記住，部分火箭發(fā)射前其實(shí)是個(gè)“冰箭”。

火箭點(diǎn)火時(shí)，會(huì)產(chǎn)生巨量的白霧。這時(shí)候千萬別叫：“哎呀，冒煙了!”那可不是煙??！火箭點(diǎn)火時(shí)會(huì)噴出溫度超過3000℃的火苗，所以，發(fā)射塔上會(huì)放一個(gè)重達(dá)600噸的水箱，發(fā)射時(shí)的高溫會(huì)讓水箱里的水瞬間汽化，產(chǎn)生漂亮的水霧。

火箭上升時(shí)，推進(jìn)器的尾焰中隱約能看到鉆石形結(jié)構(gòu)。這時(shí)候千萬別叫：“哎喲，這火怎么一節(jié)一節(jié)的！”這個(gè)現(xiàn)象叫馬赫環(huán)。當(dāng)火箭推進(jìn)器的噴嘴噴出的氣體超過音速時(shí)，就有可能產(chǎn)生鉆石形的駐波。

火箭升到一定高度，會(huì)突然噴出白霧。這時(shí)候千萬別叫：“哎喲，發(fā)射失敗了！”這么說可就太不專業(yè)了。這時(shí)候噴出白霧是因?yàn)榛鸺l(fā)動(dòng)機(jī)噴出的水蒸氣在10～20千米的高空遇到了-40℃以下的低溫，就會(huì)形成白色的云霧。

當(dāng)火箭的軌跡在地面視野中呈現(xiàn)出一道弧線的時(shí)候，可別叫：“哎喲，跑偏了！”這個(gè)叫重力轉(zhuǎn)向?；鸺窍戎敝先?，快速?zèng)_出稠密的大氣層，再繞彎平行于地表飛行的，畢竟，最終衛(wèi)星是繞著地球轉(zhuǎn)的。

二看火箭咋升空

看火箭發(fā)射，還要看明白它是咋上去的。

1903年，俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基發(fā)表了關(guān)于火箭工作構(gòu)想的論文，成為火箭的“老司機(jī)”?；鸺ぷ鲿r(shí)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱和氣體并向后噴出，使火箭獲得前進(jìn)的動(dòng)力。好比你在太空中不小心放了一個(gè)屁，那你就會(huì)因?yàn)槠ㄏ蚝髧姵龆幌蚯凹铀偻七M(jìn)，成為一個(gè)人形火箭。如果屁被放光了，你還可以選擇把屁股（假設(shè)屁股為放屁的主要裝置）拋掉輕裝上陣，那你就是一個(gè)二級(jí)火箭了?；鸺乃俣瓤梢杂没鸺匠蹋待R奧爾科夫斯基公式）來計(jì)算。

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理非常高深，但里面的化學(xué)反應(yīng)咱們大家還是能看懂的。比如最經(jīng)典的反應(yīng)是什么呢？對(duì)，是肼和四氧化二氮。這兩種物質(zhì)都有毒且致癌，所以這種發(fā)動(dòng)機(jī)被大家親切地稱為“毒發(fā)”。我國還研發(fā)了煤油液氧和液氫液氧的反應(yīng)，我們的長征五號(hào)B（下文簡稱“長五B”）用的就是8臺(tái)YF-100液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)和2臺(tái)YF-77氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)。

有一個(gè)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)反應(yīng)的土方法：“毒發(fā)”起飛的時(shí)候火焰冒紅煙，煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的火焰是黃藍(lán)色，液氫發(fā)動(dòng)機(jī)的火焰是透明的。到時(shí)候你給朋友們表演一個(gè)“看火識(shí)箭”，那大家都要直呼內(nèi)行！

三看火箭去干啥

看火箭發(fā)射，還要看它發(fā)上去干啥。

比如長五B以后就要負(fù)責(zé)把空間站的艙段發(fā)上去。其實(shí)火箭和快遞小哥解決的是同一個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：在精確指定的時(shí)間把指定目標(biāo)送到指定位置。所以火箭工程師和快遞小哥本質(zhì)上是一個(gè)工種。

火箭的重量有90%是燃料，只有不到5%是任務(wù)載荷。類似于找了一個(gè)勇猛的肌肉男帶一堆干糧讓他運(yùn)輸一顆櫻桃。因此，每節(jié)省1克燃料對(duì)火箭來說都是非常重要的。畢竟為了多運(yùn)一點(diǎn)兒物品，就要多帶燃料，為了多帶燃料，就要多帶燃料，從而導(dǎo)致燃料重量套娃式上升。

懂了這些，再回過頭去看火箭發(fā)射，你就不會(huì)哎喲來哎喲去了。下次大家在現(xiàn)場或線上看火箭發(fā)射的時(shí)候，可以把在這里學(xué)到的小知識(shí)應(yīng)用起來。

發(fā)射火箭為了啥？

有些讀者可能就要問了，為什么我們要發(fā)射火箭呢？中國航天工程一年可能要花20億美元，給全國14億人每人分1美元還余出來6億，把錢送給我吃火鍋不好嗎？

淺層的原因是，發(fā)射火箭能直接造福你的生活?；鸺罩邪l(fā)射衛(wèi)星，衛(wèi)星的用途可就太廣泛了：衛(wèi)星能觀察土壤，指導(dǎo)科學(xué)耕種，讓你收獲更多的火鍋食材；衛(wèi)星能導(dǎo)航，讓你輕松找到任何一家火鍋店；衛(wèi)星能看天氣，讓你規(guī)劃出門吃火鍋的日子；衛(wèi)星能用于軍事，讓你生活在一個(gè)能無憂無慮吃火鍋的國家。

深層的原因是，火箭是人類工業(yè)的巔峰。為了完成這個(gè)大任務(wù)，科學(xué)家和工程師們要開發(fā)更精密的技術(shù)，尋找更先進(jìn)的材料。你永遠(yuǎn)想不到，尿不濕最初是為宇航員發(fā)明的，現(xiàn)在我們的小嬰兒們就每天都在穿，使他們的爸爸媽媽解放了巨大的生產(chǎn)力。一項(xiàng)航天技術(shù)的突破，會(huì)間接向我們的生活溢出很多潛在的福利。

最深層的原因，也許我們可以從幾個(gè)名字中找到答案。中國于2019年宣布，要在2022年前建成“天宮”空間站?？臻g站兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙分別叫“問天”和“夢(mèng)天”。我國的火星探測(cè)計(jì)劃命名為“天問”。我想，這些來自中國古代的優(yōu)美名字已經(jīng)回答了我們發(fā)展航天事業(yè)的動(dòng)機(jī)：我們要向天空、向宇宙發(fā)問、探尋。探索宇宙的未知是人類自古以來最本能又強(qiáng)大的夢(mèng)想，而越強(qiáng)大的夢(mèng)想越能凝聚更多的人為之奮斗。正如火箭發(fā)射，就能凝聚起無數(shù)航天人，以星辰大海為征途不懈前行。一枚胖胖的火箭，點(diǎn)火的瞬間，就能讓舉國同此涼熱。

前段時(shí)間長五B發(fā)射的時(shí)候，海南文昌的沙灘上擠滿了人。我們基本都不懂火箭，但為什么這么多人能自發(fā)集中起來共同關(guān)心一個(gè)僅僅耗時(shí)3分鐘的事情呢？我想，是因?yàn)榛鸺陌l(fā)射能點(diǎn)燃每一個(gè)平凡人內(nèi)心深處的好奇。

在那一刻，沙灘上的大人孩子集體仰望天空，場面十分浪漫。在那一刻，我們都找回了孩童一般的好奇。而好奇，永遠(yuǎn)是人類進(jìn)步的原動(dòng)力。