我们常常看到巨大的火箭发射台在火箭发射升空的时候会喷出大量的水。喷水可以降温、防止火箭的尾焰烧坏发射台,还可以抑制火箭燃烧产生的巨大噪声。
火箭点火的刹那间温度高达℃,足以熔化绝大多数金属和非金属,而且会产生强大的冲击波和反射波。
如果放任燃气流随意蔓延,很有可能造成发射塔及其周围地面、地下设施损坏,还可能破坏火箭尾部,导致发射失败。所以光用水来降温是不够的。
发射塔下挖空做出导流槽
导流槽帮助地面设施、火箭避免被破坏,也为火箭振翅高飞添加了漂亮的火焰翅膀特效。
导流时,导流槽的入口段正对着火箭发动机尾部的喷管,将火箭发射时喷出的燃气流第一时间导引到导流槽的地下部分,然后导流面将燃气流喷射的方向由直接向下转为向两侧流动。最后,折流段进一步调整燃气流的方向,使它沿着折流段设计的方向回到地面。
导流槽宽20米,有8层楼的高度那么深,总长约米,面积约有10个篮球场的总和,采用钢筋混凝土构筑,能够耐受℃的高温。
光是靠混凝土是不足以抵御℃的高温
还要在导流槽的表面覆盖上一层耐火材料,如耐火砖、耐火涂料、耐高温防护板等。
每次火箭发射喷射的大热量尾焰会导致耐火材料飞散,并对发射平台局部造成损坏,所以每次火箭发射后,地面工作人员都要对发射平台局部破坏位置进行修补。
耐火材料面对这么高的温度是有使用次数,所以需要做定期的更换。酒泉卫星发射中心的两个发射平台,光耐火涂料就需要近4吨。每次覆涂涂层前,还要将上次发射对平台造成的烧蚀表面进行打磨,再用几百公斤的溶剂进行清洗,才能涂覆新的耐火涂料。
火箭发射升空时大流量喷水降温、降噪
火箭发射时,约有吨水在20秒的时间从喷水装置中喷出,燃气流会让30%的水在5~6秒内迅速蒸发气化,产生大量的白色水汽,然后顺着燃气流的流向排出导流槽。这就是我们在火箭点火时看到的巨大白幕。
人正常的交谈声音在40~60分贝,超过90分贝就会损害听力神经,而土星五号火箭在发射的时候噪音高达分贝。飞机是分贝,火箭噪音比飞机噪音高80分贝,代表着它携带着剧烈的能量波,远远不是击碎耳膜那么简单,这么强烈的能量对火箭是致命的威胁。
喷水后,空气中的水分子会吸收声波的能量,把空气的震动转化成水分子的热运动,达到降噪的目的。
不是所有的发射场都采用喷水的方法来降温、降噪
比如俄罗斯位于哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场经常会遇到零下十多度的气温,如果采用喷水系统,整个发射台很可能就会瞬间变成大冰棍。
俄罗斯的工程师为了抑制噪音,在火箭的下方挖一个巨大的空洞,洞里有一个用来反射噪音的斜面,这样同样可以确保噪音不会伤害到火箭本身。