今天是太空與您相伴的【第2654期】
長征七號運(yùn)載火箭成功發(fā)射天舟九號貨運(yùn)飛船時，有網(wǎng)友拍到了壯觀的一幕：火箭尾焰在夜幕中展開，如同一只巨型水母，緩緩游過太空，無比驚艷。
這是火箭與大自然共同造就的一場“奇觀”。其實(shí)，在火箭發(fā)動機(jī)點(diǎn)火后，能看到的不只有“水母”現(xiàn)象，今天就來為大家揭曉~
這是火箭飛行過程中燃?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)條件形成的視覺奇觀。
長征七號運(yùn)載火箭由火箭院研制，使用液氧煤油作為燃料，燃燒時會產(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，火箭飛行時產(chǎn)生的高溫燃?xì)鈴幕鸺l(fā)動機(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”，也是大家口中常說的“火箭云”。
當(dāng)天發(fā)射時天還沒亮，火箭在上升過程中會逐漸脫離地球的陰影區(qū)。此時，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
想在家門口捕捉火箭發(fā)射時的“水母”？
1
關(guān)注火箭使用的燃料
2
關(guān)注火箭發(fā)射時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)動機(jī)點(diǎn)火后首個“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，首先能觀測到發(fā)動機(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，攝影愛好者稱它為“拉面”。
這一現(xiàn)象源于火箭發(fā)動機(jī)噴流與周圍大氣壓力的相互作用，在地面階段，環(huán)境壓力大于發(fā)動機(jī)出口壓力，火箭發(fā)動機(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，即將迎來新的景觀。
尾焰動態(tài)演變——“裙擺”
火箭起飛后，細(xì)心觀察者會發(fā)現(xiàn)一個過程現(xiàn)象：火箭尾焰如同逐漸舒展的璀璨“裙擺”，即火箭發(fā)動機(jī)羽流擴(kuò)張角的動態(tài)演變。
在地面階段，發(fā)動機(jī)尾焰還羞怯地收攏著身姿，呈收縮形態(tài)；隨著高度增加，尾焰開始舒展身姿，擴(kuò)張角慢慢增大，在天幕描繪出越來越壯闊的錐形；到接近真空環(huán)境時，這個熾熱的尾焰甚至?xí)霈F(xiàn)大于90°的超大擴(kuò)張角，就像一把緩緩打開的巨傘，于是，可能就會出現(xiàn)“水母”（“火箭云”）現(xiàn)象。
從“馬赫環(huán)”到“火箭云”，火箭發(fā)動機(jī)尾焰逐步變化的這些美麗現(xiàn)象雖然震撼，但對火箭來說卻是暗藏危機(jī)——比如尾焰噴流反卷可能“燙傷”箭體。不過別擔(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)動形成的流動現(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”。
來源|綜合自中國運(yùn)載火箭研究院、大漠問天
編輯|蘆恬瑩
校對|李文輝
主編|張文軍
郵箱|ourspace0424@163.com
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