如何鑒賞一次火箭發射

文｜畢 導

誰能起飛？

很多城市的公交車司機都是急性子，人家坡上起步，他們坡上起飛。我們來想象一下這樣一副畫面：當車開過圓弧形路面，如果司機給一腳油，車子可能會騰空而起，你會感受到一種失重的刺激。

這個現象告訴我們，只要你速度夠快，你就可以起飛。那要多快才能起飛呢？這個高中物理學過，請自動腦補相關公式。如果我們把視角拉遠，把地球看作一個大拱橋，只要司機師傅的油門踩得足夠狠，車子也會騰空而起，更加刺激。這個臨界速度是7.9千米/秒，俗稱第一宇宙速度。

地球上的任何物體，只要達到了這個速度，就會離開地表，成為一顆繞著地球旋轉的衛星。所以，要是你把車開到了第一宇宙速度，也許整輛車就會飛向天空，永不回頭，成為夜空中陪伴你入睡的第二個月亮。

但很顯然，達到7.9千米/秒的速度可不容易，環顧四周，只有兩個東西能這么快。一個是空氣——你周圍的空氣分子時刻都在高速撞擊著你，那么它的速度有多快呢？使用麥克斯韋速度分布律，經過一通兇猛推導，結果簡直令人震顫：空氣中的氫氣、氦氣這樣的小鬼頭速度簡直太快了，甚至會有少量分子達到第一、第二宇宙速度。這就意味著，每天有大量散逸到高空的氦氣在瘋狂逃離地球進入宇宙。因此，氦氣只會消失而不會產生，是一種絕對不可再生資源。在此向大家倡議：少玩氦氣球，沒有買賣，就沒有“殺害”。

宇宙速度

宇宙速度包括第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度。

◇第一宇宙速度≈7.9千米/秒，是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度。

◇第二宇宙速度≈11.2千米/秒，是航天器脫離地球引力場所需的最低速度。

◇第三宇宙速度≈16.7千米/秒，是航天器脫離太陽引力場所需的最低速度。

那我們周圍第二個能超過第一宇宙速度的，就是火箭了。在這樣一個人類向宇宙進發的大時代中，推薦大家人生中一定要至少看一次火箭發射，體驗一把倒計時點火的瞬間緊張又震撼的感覺。但如果到關鍵時刻你什么都不懂，看火箭發射只會說“哇哦好快”“哎呀冒煙了”，那就跟看放鞭炮沒區別了。

這里就和大家聊聊如何鑒賞一次火箭發射。看完這篇文章，你就是你朋友圈中的“小專家”。要知道，在家學好數理化，看火箭才不尷尬。

一看火箭啥現象

看火箭發射，首先要懂發射中的現象。

火箭立在發射塔上的時候，會冒出白氣。這時候千萬別叫：“哎呀，漏氣了！”因為部分火箭里面是低溫燃料，比如液氫、液氧，盡管有絕熱層，但接觸空氣后還是會產生白氣，就好比一根剛拿出冰箱的冰棍。所以大家記住，部分火箭發射前其實是個“冰箭”。

火箭點火時，會產生巨量的白霧。這時候千萬別叫：“哎呀，冒煙了!”那可不是煙啊！火箭點火時會噴出溫度超過3000℃的火苗，所以，發射塔上會放一個重達600噸的水箱，發射時的高溫會讓水箱里的水瞬間汽化，產生漂亮的水霧。

火箭上升時，推進器的尾焰中隱約能看到鉆石形結構。這時候千萬別叫：“哎喲，這火怎么一節一節的！”這個現象叫馬赫環。當火箭推進器的噴嘴噴出的氣體超過音速時，就有可能產生鉆石形的駐波。

火箭升到一定高度，會突然噴出白霧。這時候千萬別叫：“哎喲，發射失敗了！”這么說可就太不專業了。這時候噴出白霧是因為火箭發動機噴出的水蒸氣在10～20千米的高空遇到了-40℃以下的低溫，就會形成白色的云霧。

當火箭的軌跡在地面視野中呈現出一道弧線的時候，可別叫：“哎喲，跑偏了！”這個叫重力轉向。火箭是先直著上去，快速沖出稠密的大氣層，再繞彎平行于地表飛行的，畢竟，最終衛星是繞著地球轉的。

二看火箭咋升空

看火箭發射，還要看明白它是咋上去的。

1903年，俄國科學家齊奧爾科夫斯基發表了關于火箭工作構想的論文，成為火箭的“老司機”。火箭工作時發生氧化還原反應，產生大量熱和氣體并向后噴出，使火箭獲得前進的動力。好比你在太空中不小心放了一個屁，那你就會因為屁向后噴出而被向前加速推進，成為一個人形火箭。如果屁被放光了，你還可以選擇把屁股（假設屁股為放屁的主要裝置）拋掉輕裝上陣，那你就是一個二級火箭了。火箭的速度可以用火箭方程（即齊奧爾科夫斯基公式）來計算。

火箭發動機的工作原理非常高深，但里面的化學反應咱們大家還是能看懂的。比如最經典的反應是什么呢？對，是肼和四氧化二氮。這兩種物質都有毒且致癌，所以這種發動機被大家親切地稱為“毒發”。我國還研發了煤油液氧和液氫液氧的反應，我們的長征五號B（下文簡稱“長五B”）用的就是8臺YF-100液氧煤油發動機和2臺YF-77氫氧發動機。

有一個判斷發動機反應的土方法：“毒發”起飛的時候火焰冒紅煙，煤油發動機的火焰是黃藍色，液氫發動機的火焰是透明的。到時候你給朋友們表演一個“看火識箭”，那大家都要直呼內行！

三看火箭去干啥

看火箭發射，還要看它發上去干啥。

比如長五B以后就要負責把空間站的艙段發上去。其實火箭和快遞小哥解決的是同一個技術要點：在精確指定的時間把指定目標送到指定位置。所以火箭工程師和快遞小哥本質上是一個工種。

火箭的重量有90%是燃料，只有不到5%是任務載荷。類似于找了一個勇猛的肌肉男帶一堆干糧讓他運輸一顆櫻桃。因此，每節省1克燃料對火箭來說都是非常重要的。畢竟為了多運一點兒物品，就要多帶燃料，為了多帶燃料，就要多帶燃料，從而導致燃料重量套娃式上升。

懂了這些，再回過頭去看火箭發射，你就不會哎喲來哎喲去了。下次大家在現場或線上看火箭發射的時候，可以把在這里學到的小知識應用起來。

發射火箭為了啥？

有些讀者可能就要問了，為什么我們要發射火箭呢？中國航天工程一年可能要花20億美元，給全國14億人每人分1美元還余出來6億，把錢送給我吃火鍋不好嗎？

淺層的原因是，發射火箭能直接造福你的生活。火箭往太空中發射衛星，衛星的用途可就太廣泛了：衛星能觀察土壤，指導科學耕種，讓你收獲更多的火鍋食材；衛星能導航，讓你輕松找到任何一家火鍋店；衛星能看天氣，讓你規劃出門吃火鍋的日子；衛星能用于軍事，讓你生活在一個能無憂無慮吃火鍋的國家。

深層的原因是，火箭是人類工業的巔峰。為了完成這個大任務，科學家和工程師們要開發更精密的技術，尋找更先進的材料。你永遠想不到，尿不濕最初是為宇航員發明的，現在我們的小嬰兒們就每天都在穿，使他們的爸爸媽媽解放了巨大的生產力。一項航天技術的突破，會間接向我們的生活溢出很多潛在的福利。

最深層的原因，也許我們可以從幾個名字中找到答案。中國于2019年宣布，要在2022年前建成“天宮”空間站。空間站兩個實驗艙分別叫“問天”和“夢天”。我國的火星探測計劃命名為“天問”。我想，這些來自中國古代的優美名字已經回答了我們發展航天事業的動機：我們要向天空、向宇宙發問、探尋。探索宇宙的未知是人類自古以來最本能又強大的夢想，而越強大的夢想越能凝聚更多的人為之奮斗。正如火箭發射，就能凝聚起無數航天人，以星辰大海為征途不懈前行。一枚胖胖的火箭，點火的瞬間，就能讓舉國同此涼熱。

前段時間長五B發射的時候，海南文昌的沙灘上擠滿了人。我們基本都不懂火箭，但為什么這么多人能自發集中起來共同關心一個僅僅耗時3分鐘的事情呢？我想，是因為火箭的發射能點燃每一個平凡人內心深處的好奇。

在那一刻，沙灘上的大人孩子集體仰望天空，場面十分浪漫。在那一刻，我們都找回了孩童一般的好奇。而好奇，永遠是人類進步的原動力。