运载火箭以可靠、安全、经济为主要设计原则,采用无毒环保、价格便宜、比冲(是对火箭推进剂利用效率的一种描述,指单位推进剂的量所产生的冲量)较高的液氢、液氧或液氧煤油发动机,还有固体燃料发动机。
火箭是火箭发动机喷射工质产生的反作用力向前推进的飞行器。它自身携带全部推进剂,不依赖外界工质产生推力,可以在稠密大气层内,也可以在稠密大气层外飞行,是实现航天飞行的运载工具。飞船之所以能够腾空升起,依靠的是化学推进剂。化学推进剂包含了燃料和助燃剂 (氧化剂),燃料燃烧为飞船提供动力,氧化剂则为燃烧的过程供氧。在发生反应的过程中,会产生大量的烟雾。
而透过这烟雾的颜色,大体是能够分辨出用的是什么燃料,因为能够应用到火箭发射的燃料就那么几种组合。
1、尾焰颜色是从黄色渐变到蓝色,温度越来越高,极有可能采用的煤油液氧燃料。由于煤油燃烧会有少量固体颗粒,因此火焰通常也更加明亮而不透明,我国的主力发动机YF100,就是这种推进剂。
近年我国陆续问世的新一代运载火箭,采用了液氢、液氧、煤油等绿色燃料,对环境基本不会造成影响,但存储和加注工作则更加复杂。
当然,此煤油非彼煤油也,一般的航空煤油也是不可取的。
2、火箭的周围常常会看到淡淡的棕黄色烟雾,尾部都是冒红烟,动力燃料都是偏二甲肼,常规氧化剂为四氧化二氮。产生‘红色火焰’是因为,火箭的燃料是四氧化二氮、偏二甲肼。发射时,低温的四氧化二氮在常温下具有强氧化性,分解成红棕色的二氧化氮气体。伴随着火箭起飞,这就是大家看到的红烟。
虽然四氧化二氮是无色的,但它容易分解为红棕色的二氧化氮。二氧化氮再与空气中及燃烧产生的水汽混合,就呈现出了棕黄色的烟雾(气液混合形成的雾的比例大一下,烟主要是固体尘粒)。
运送神州系列飞船的长征二F型火箭所使用的化学推进剂,动力燃料都是 偏二甲肼,常规氧化剂为 四氧化二氮。这种燃料的优点是不需单独进行点火,火箭发射时只要将这两种液体在发动机燃烧室混合即可。
3、点火起飞时,会看到大量的白色气体,尾部喷吐的就是“白色火焰”。液氢液氧燃料这是因为火箭使用的是冷藏的液氢液氧低温燃料,液氢温度为零下253摄氏度,液氧为零下183摄氏度。这些燃料使得火箭内部是远远低于冰点的超低温,在与外界空气接触时,就好像夏天在屋里放了一块冰。虽然火箭外壳有真空隔绝层进行保温,但还是会看到少量白烟。这是最清洁的火箭燃料,反应产物是水蒸气,也是未来火箭燃料发展的趋势之一,不过其推力尚不如煤油-液氧发动机给力。
我国长征五号主发动机推进剂便是液氢液氧,因为-252℃液氢和-183℃液氧的贮存状态,长征五号又被称作“冰箭”。