中国这枚火箭发射瞬间，为什么会有400吨水喷下？

     近日中国航天又传出好消息，长征七号改运载火箭的发射技术流程已由32天缩减至26天。6天听起来不长，但对于火箭发射来说，每一项工作都是争分夺秒，这代表着我国火箭发射效率又向前迈进了一大步。长征七号改运载火箭是在长征七号运载火箭和长征三号甲系列运载火箭三子级基础上，通过组合化设计形成的高轨三级液体捆绑式运载火箭。关于长征七号我们已经介绍过很多次，但你知道在它发射时，周围居然要喷射400吨水吗？这是为什么？

相比我国以往的火箭，重量从500吨增加到600吨，而其运力从8吨提升到14吨

      我国以前大都是使用偏二甲肼和四氧化二氮作为火箭的推进剂。

     偏二甲肼是一种氧化剂，非常容易燃烧和爆炸，一直以来，常用作火箭燃料。然而，偏二甲肼有剧毒，还致癌，这是它最大的缺点。作为氧化剂的四氧化二氮，也是有毒的，还有强烈的腐蚀性。

发射神舟飞船的长征2F运载火箭，燃料是四氧化二氮和偏二甲肼（图片来源：人民网）

      而长征七号全部使用液氧和煤油，无毒环保，燃烧后的主要产物是水和二氧化碳。

（图片来源：中国载人航天工程网  李力/摄）

     液氧和煤油的另一大优点是便宜。把空气冷冻成液体后再分离，就能制成液氧，因此，一吨液氧的价格还不到2000元。另外，煤油也不贵。但偏二甲肼就不同了，它的价格高达每吨8万元，四氧化二氮的价格为每吨1.7万元。

液氧为浅蓝色液体

（图片来源：中科院物理所）

     便宜的燃料可以降低火箭发射成本。以发射神舟飞船的长征二F火箭为例，如果使用液氧煤油，那么每次发射可以节约推进剂费用上千万元。

    值得注意的是，液氧温度约为-180℃。灌入后，过不了多久，箭体上就会有大量凝结的水珠，尤其是在海南文昌这种高热高湿的地方，水汽凝结现象更为严重。为了解决此问题，长征七号进行了特殊设计，箭体可防水，也正因此，长征七号甚至可在中雨的天气状况下进行发射。

     不少人难免有疑问，液氧和煤油既然如此便宜环保，为何以前发射火箭却没有使用呢？答案当然是发动机——可以说，没有我国液氧煤油发动机的研制成功，就没有长征七号的大推力。

长征五号（左）、长征七号（右）（陈霄/摄）

     长征七号的4个助推器，每个使用一台YF-100液氧煤油发动机，火箭芯一级使用两台YF-100液氧煤油发动机，每台YF-100液氧煤油发动机能产生120吨推力。高性能的液氧煤油火箭发动机是长征七号在自身体重增加不大的情况下，运力大幅提高的根本原因之一。

YF-100发动机，可提供120吨的推力，而长征2F火箭发动机每台只能提供75吨的推力

     另外，火箭装载的燃料越多，运力越大，长征七号高达53米，而其自身钢材重量只占10%，这也是其运力大增的原因之一。

      中国目前有四大航天发射基地，纬度最低的当属海南文昌发射中心。众所周知，地球表面的所有物体均沿着纬线的方向随着地球自西向东转动，因此，火箭在发射之前，其实就已经具有了一个和地球自转速度相同，并且向东的速度。如果火箭的发射方向是向东，那么它就可以利用这个本来就有的速度使自身迅速加速。

海南文昌发射中心

     然而，地球表面各处的线速度是不同的，南北极点的线速度最小，越靠近赤道，线速度越大。对于地球来说，赤道上的线速度最大，为每秒456米，如果在赤道发射火箭，则最节省燃料。

     法国的库鲁航天发射场纬度只有5.23°，萨克斯坦的拜科努尔航天发射场纬度是北纬46°。如果一枚火箭是在库鲁航天发射场发射，它的地球同步转移轨道运载能力要比在拜科努尔航天发射场发射高出20%。

发射台喷水试验（刘涵/摄）

    发射长征七号时，发射平台会在20秒内喷出400吨水降温和降噪。

     火箭点火时，尾焰直冲发射平台，让其瞬间接近3000℃。如果不对其进行降温保护，集多种设备于一身的多功能发射台势必将会因高温遭到损坏。

      据“大流量喷水降温降噪系统”技术负责人陈劲松介绍，这400吨水喷出去后，有30%的水将汽化到大气中，水分蒸发将带走大量的热。

       除了降温，400吨水的另一个重要功能是降低噪声。火箭点火时，噪音巨大，而此时火箭的上升速度又极慢，所以，能量巨大的声波有可能会破坏火箭本身。为了减弱噪音，需要在其发射时从一定的角度大量喷水。美国肯尼迪航天中心的发射台，喷水后能在原有基础上减弱40分贝左右。

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      长征七号属于中型运载火箭，从2016年首飞至今，它已经完成了多项重要发射任务。在我国航天科技不断完善的同时，长征七号依然使命在肩，任重道远。