2020年,美国和中国的火箭发射数量分别占据世界第一和世界第二,观看两个国家的火箭发射,很容易就会发现不同的地方——美国运载火箭的尾焰,基本都是笔直向上;中国运载火箭的尾焰,往往带有分叉。

运载火箭的尾焰对火箭推力有着很大影响,两个航天大国的尾焰为何会有如此明显的差距?

美国对中国航天技术进行封锁:

美国航天技术起步早、发展快,在航天领域,美国的霸主地位在50年内都很难被撼动,但是当中国航天开始起步发展时,美国就感受到了危机。

为了限制中国航天的发展,美国限制中国和美国之间进行航天技术交流,2011年签订的《沃尔夫条款》,更是直接禁止中美的航天技术交流,甚至限制中国人员到NASA等航天机构参观。

美国对中国的航天技术封锁,确实在短时间内限制了中国航天事业的发展。

但是中国几乎所有的科研技术,都是在封锁中自主发展,在运载火箭发射过程中,火箭的推力和火箭的平衡非常关键,在高速运动过程中,运载火箭的各个部件的连接强度也十分关键。

虽然中国不知道美国运载火箭的核心技术,但在长期的摸索过程中,中国找到了自己的解决方法!

尾焰分叉的“一举三得”:

尾焰笔直向下的运载火箭,在推力上的确会占据优势,能够提供更加直接的推力,但对火箭的构件强度、平衡性也有更多要求。

中国为了解决此类问题,想出了尾焰分叉,向运载火箭芯级提供一个分力,从而让运载火箭拥有更多调整的空间,也让运载火箭一次性解决三个问题。

火箭构件强度:尾焰向火箭芯级提供分力后,助推器会获得向芯级靠近的推力,这个力量可以帮助助推器稳定跟随火箭芯级,减少运载火箭连接部分的强度要求。

在相同的推力和速度下,能够让连接的部位更加牢固,降低连接部位的成本。

火箭平衡性:尾焰笔直向上的情况下,尾焰推力能够提供的平衡性非常有限,但是可以提供相对极限的推力。

中国将火箭尾焰分叉,就是为了提供更强的平衡性,增加火箭的稳定性,虽然这会损失一定的推力,但这些问题都可以进行优化和调整。

解决推力损失:虽然尾焰的分叉会导致推力的损害,但是中国航天工作者通过努力,已将将火箭尾焰的分叉角度控制在7度以内。

根据数学公式,在分叉在7度的情况下,推力损失只有1.5%左右,几乎不会对发射造成太大影响,但能够确保运载火箭“牢固”、“平稳”,毕竟运载火箭发射唯一的目标就是将荷载送入太空,只要能够稳定完成任务,这就足够了!