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为何大多数火箭漆成白色而中国谷神星一号却是黑色?
来源:乐鱼体育官网app 作者:乐鱼app官方下载     时间:2022-09-03 12:01:28

  谷神星一号成功首飞,最吸引大家眼球的还是它通体炫酷的黑色,给人以神秘的科技感。许多人忽然间发现,之前极少有见到黑色的运载火箭,世界各国用来发射航天器的火箭大多是白色,只有极少数是橙黄色或灰色,几乎没有黑色火箭,这到底是为什么呢?

  如果你是一个航天爱好者,你肯定知道运载火箭大多是雪白的底色,上边除了发射机构的标志和各国的国旗图案,就再没有别的东西。与商业运营的飞机不同,几乎没有人把火箭打扮成花枝招展的模样来吸引眼球。

  是因为搞航天的理工男们不喜欢花里胡哨的外表吗?这个原因不是没有,但运载火箭采用白色最主要的因素还是出于科学和经济的考虑,一方面白色更有利于火箭保温,同时也可以携带更多的东西。

  运载火箭需要大量燃料提供给发动机产生推力,由于在高空和太空中没有氧气,即便是在海平面高度,空气中的氧气含量也远远不能满足燃料剧烈燃烧的需求,所以火箭里还要携带许多液态氧来作为氧化剂。

  火箭燃料和氧化剂的温度都非常低,液态氧的温度就低至-183℃以下,随着环境温度上升,这些物质会沸腾并迅速膨胀,进而有爆炸的危险。为了对燃料箱进行保温,火箭的箭体上覆盖了一些先进隔热材料,同时还需要尽量减少外部热能的进入。

  大多数运载火箭的发射场都设在靠近赤道的低纬度地区,这样可以借助地球自转的角动量为火箭加速。我们知道越靠近赤道的地方越热,阳光也更强,特别是火箭发射场这种毫无遮拦的地方,在太阳底下暴晒几个小时,火箭的温度可想而知。

  许多人喜欢买白色的汽车,因为白色可以反射更多太阳光,自然也能阻止更多辐射热能进入车内。运载火箭选择白色作为底色也是同样的道理。

  你可能第一时间想到了美国的德尔塔IV型运载火箭,它的箭体是标志性的橙黄色,这是燃料箱外层保温材料的颜色。

  早年,波音公司曾试图将德尔塔火箭涂成自己标志性的天蓝色,第一次飞行时试过刷上白色涂料,后来都不了了之。其中一个重要的原因就是重量,给德尔塔IV型火箭三个直径5米的巨大燃料罐涂上颜,至少需要500公斤的油漆,这意味着火箭要少带500公斤的载荷。加上橙色的保温材料已经可以满足隔热要求了,所以就没再画蛇添足。

  与德尔塔IV型火箭类似,美国航天飞机发射时那个巨大的燃料箱也没有涂色,除了最早两次发射时刷了白色油漆外,之后的许多次发射全都是本色出演,看起来也颇具科技感。

  火箭被涂成白色的另一个原因是方便观测。白天我们仰望天空,天空很亮,但在遥测设备的视野里,天空始终是深色的。这时候一枚白色的火箭比深色的火箭更醒目,因此也更有利于观察。

  土星五号火箭就在白底上喷涂了巨大的黑色方格图案,这是德国科学家冯·布劳恩的创造,他将早期设计导弹的经验用在了运载火箭上,如果火箭在飞行过程中发生滚动或者角度偏移,黑白方格有利于从地面上进行跟踪观测。

  大面积的黑色条纹给火箭的设计带来挑战,黑色更吸热,它下方的燃料箱局部温度比其它位置高许多,为了避免发生危险,科学家需要尽量减小色块面积并且避开一些关键部位。

  长征系列运载火箭上也采用了一些红色的色块,由于传感器和遥测技术的进步,色块的面积不再需要很大,因此看起来并不像土星五号那样打了补丁的样子。

  谷神星一号并不是第一枚黑色火箭,前两年新西兰一家美国公司“火箭实验室(Rocket Lab)”设计了一款名为“电子(Electron)”的小型商用火箭,“电子”火箭两年多来共进行15次发射,13次成功2次失败。

  在火箭实验室的宣传资料中,“电子”是一枚通体黝黑的液体火箭,但在实际发射时,它燃料箱的位置依然涂成了白色,用以抵抗新西兰北岛炙热的阳光。

  既然外国火箭为了减少阳光辐射采用了白色箭体,为什么谷神星一号可以涂成黑色呢?究其原因,因为谷神星一号是一枚固体运载火箭,有人说它跟弹道导弹是“一张纸的两面”。固体火箭的燃料对环境温度的要求并不像液体火箭那样苛刻,因此它也不需要像液体火箭那样为了避免太阳辐射而涂成白色。

  设计精良的火箭没什么是多余的,一切都有目的。如果没有用,那就是多余的重量,它可能会增加负载。不同的材料具有不同的物理特性(包括颜色),这可能是火箭设计人员必须满足的要求吧。

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