长征五号乙三火箭蓄势待发。它将把重约22吨的“田文”号实验舱送上太空并与“天河”号核心舱对接,这将是中国空站在轨建设的关键一步。
长征五号乙遥三火箭蓄势待发
长征五号乙是目前中国最重的液体燃料运载火箭。其火箭体直径5米,4个助推器直径3.35米,起飞质量849吨,起飞推力约1078吨,近地轨道运载能力不低于22吨。
要把20多吨重的空的站舱送到泰泰空上,一方面需要增加运载火箭的推力,同时要减轻自身重量(干重)。正因如此,长征五号火箭采用了薄铝合金壳体结构。它的壳有多薄?只有3mm左右,火箭顶部的整流罩只有0.3mm厚!
长火箭的外壳很薄。
为了减轻火箭的重量,同时保持火箭体的强度,使其能够承受几十吨的载荷和上面几百吨的燃料,长征五号的设计团队“挖”了每一公斤每一克,可以说是做到了极致。
但你可能也听说过,为了让火箭“看起来更漂亮”,长征五号的表面涂了“几百公斤”的白漆!为什么中国火箭不能像美国星舰一样使用金属本色,而是通过空增加几百公斤的“自重”?火箭涂成白色只是为了好看是真的吗?
长征五号和美国号
世界上大多数的运载火箭都是漆成白色的,这当然不是为了好看,而是一种科学的选择。
以长征五号火箭为例。它的表面不是普通的油漆,而是中国航天科技集团公司703所专门研制的新型白色防护涂层。
我们知道长征五号运载火箭是在海南低纬度文昌发射场发射的,这里年平均气温高,太阳辐射强,空气体湿度大,发生盐雾腐蚀,还可能有雷电。为了给火箭提供更好的保护,我们需要一种防静电、高反射、高耐候的防护涂层。在所有颜色中,白色可以提供最好的反射率,黑色的反射率最低。
阳光的吸收和反射
阳光是什么颜色?对于人眼来说,我们看到的太阳光是白色的。但如果让阳光穿过棱镜,你会发现阳光其实是由红、橙、黄、绿、蓝、紫七种颜色组成的。
当太阳照射在红色表面时,红光被反射,所以我们看到红色;当阳光照射在树叶上时,绿光反射到眼睛里,所以我们可以看到树叶是绿色的。其他颜色的光呢?它们被物体吸收,光子的能量传递给原子,使原子振动产生热能。
在炎热的夏天,当我们穿白色的衣服时,我们会感到凉爽,而当我们穿深色或黑色的衣服时,我们会感到炎热。正是因为白色反射太阳光最多,而黑色可以吸收最多的光子并转化为热量。
长征五号被称为“冰箭”
长征五号火箭被称为“冰箭”,因为它使用氢氧火箭发动机,在第一级火箭和助推器中储存了数百吨液氢和液氧。液氧温度低至-183℃,液氢温度低至-253℃。外界阳光高温炙烤会增加油箱压力,随时有爆炸的危险。
我们需要最大限度地反射太阳光,在不增加额外隔热材料的情况下,保证火箭内部不会过热。长征五号外部的白色涂层可以反射90%以上的太阳辐射热能,从而保证火箭的安全性。
有朋友说美国SpaceX的星舰没有白漆,闪亮的不锈钢表面还能反射太阳光?事实上,即使抛光如镜,不锈钢的热反射率最多不到70%,与白漆相差甚远。相比之下,纯铝的反射率最高可达94%,所以很多镜子的背面都镀了铝(银的反射率最高,但比较贵)。
为什么不把火箭打磨成银色?
既然铝的热反射率高,那么仅仅通过打磨长征五号的铝壳,是否可以在不增加重量的情况下达到比白漆更好的隔热效果?而银色火箭看起来更酷!
铝是一种活性金属,能与空气体中的氧气迅速反应生成一层氧化铝膜,使其热反射效果大大降低。在海南岛的高湿度和盐雾环境下,铝会被腐蚀得更快,火箭的耐候性也会变差。“打磨火箭”的成本很高,得不偿失。
长征五号乙火箭
基于以上分析,我们可以得出结论:
长征五号和大部分运载火箭之所以选择白色涂料,不仅仅是为了看起来漂亮,更重要的是白色可以反射更多的太阳光,让“冰箭”不会过热。特殊的白色涂料还可以保护火箭外壳,提高其耐候性。即使“增加了几百公斤的重量”,总体来说也是值得的。
#长征五号乙等待远征# #要求执行实验舱发射任务#