火箭的頭部為什么是圓鈍形？

余明璐 朱京斌

2020年7月23日，我國第一個火星探測器“天問一號”由“長征五號”運載火箭成功發射，踏上漫漫征途，邁出了中國行星探測的第一步。在當天發射的電視新聞中，人們可以清楚地看到，裝載有火星探測器的“長征五號”火箭頭部是一個圓鈍的錐形，這是為什么呢？

眾所周知，火箭頭部越尖，在空氣中飛行時受到的阻力就越小。所以，火箭為了能用最小的動力飛到更高的天空，探空火箭、除雹增雨火箭等都采用尖銳頭部，這使得它們能用比較小的箭體，把探測儀器、除雹增雨劑等送到更高的空中。

但是，這些小型火箭的飛行速度一般只有2～3倍聲速，飛行時間也只有十幾秒，而發射航天器的運載火箭的飛行速度要達到十幾倍聲速，并在大氣層中飛行數分鐘。此時，尖銳的運載火箭頭部會被氣流加熱到幾千攝氏度的高溫，任何金屬構件都會在幾秒內變形和解體。

科研人員經過縝密研究，利用流體力學、空氣動力學，并進行了大量長時間的風洞科學試驗后發現，在超高聲速情況下，運載火箭圓鈍形的頭部表面與超高溫氣流之間會產生一個空氣隔層。

在這道隔層中，空氣的流通速度非常快，能帶走大量的熱量，就像人們在喝粥時向勺子上吹氣讓粥變涼一樣，會讓運載火箭頭部表面的溫度大幅度降低，從而保證運載火箭的飛行安全。

不過，圓鈍形的頭部角度需要非常精確的計算，太尖銳降溫作用不明顯，太圓鈍產生的阻力太大，會降低運載火箭的運載能力。……