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长征五号B遥三火箭整装待发 , 它将把重约22吨的“问天”实验舱送上太空 , 与“天和”核心舱对接 , 实现中国空间站在轨建造的关键一步 。
长征五号B遥三火箭整装待发
长征五号B是我国目前最重型的液体燃料运载火箭 , 它的箭体直径达5米 , 四个助推器直径也有3.35米 , 起飞质量达849吨 , 起飞推力约1078吨 , 近地轨道运载能力不小于22吨 。
要将重达二十余吨的空间站舱段送上太空 , 我们一方面需要增大运载火箭的推力 , 同时减轻火箭自身重量(干重) 。 为此 , 长征五号火箭采用了铝合金薄壳结构 , 它的外壳有多薄呢?大约只有3毫米左右 , 而在火箭上端整流罩的部分更是仅有0.3毫米厚!
长五火箭外壳很薄
为了给火箭减重 , 同时又要保持箭体强度 , 使它能承受上方几十吨的荷载以及数百吨燃料 , 长征五号设计团队每一公斤每一克地“抠” , 可以说做到了极致 。
但是你可能也听说了 , 为使火箭“看起来更漂亮” , 长征五号表面刷了“几百公斤”白色油漆!为什么中国火箭不可以像美国“星舰”那样使用金属的本色 , 而要凭空多加几百公斤“死重”呢?难道火箭刷成白色真的只是为了好看?
长征五号与美国星舰
世界上大多数运载火箭都被刷成白色 , 这当然不是为了好看 , 而是科学的选择 。
就拿长征五号火箭来说吧 , 它表面并非普通油漆 , 而是由中国航天科技集团一院703所专门研制的白色新型防护涂层 。
我们知道长征五号运载火箭是在低纬度的海南文昌发射场发射 , 这里的年平均温度高、太阳辐射强烈、空气湿度大、有盐雾腐蚀 , 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 。 而在所有颜色中 , 白色可以提供最好的反射率 , 黑色的反射率最低 。
阳光的吸收与反射
太阳光是什么颜色的?对于人类的眼睛来说 , 我们看到的太阳光是白色的 。 但如果让太阳光穿过三棱镜 , 你就会发现阳光其实是由红橙黄绿青蓝紫七种颜色构成的 。
当阳光照射到红色表面 , 其中红色的光被反射出来 , 于是我们看到了红色;当阳光照射在树叶上 , 绿色的光反射进入眼睛 , 于是我们看到树叶是绿色的 。 其它颜色的光呢?它们被物体吸收 , 光子的能量传递给原子 , 使其振动产生热能 。
炎炎夏日 , 我们穿白色的衣服会感觉凉快 , 而穿深色或黑色的衣服会觉得热 , 正是因为白色反射了最多的阳光 , 而黑色能吸收最多的光子 , 将其转化为热 。
长征五号有“冰箭”之称
长征五号火箭被称为“冰箭” , 因为它采用的是氢氧火箭发动机 , 在一级火箭和助推器中存储了几百吨的液态氢和液态氧 。 液态氧的温度低至-183℃ , 液态氢更是低至-253℃ , 外部阳光高温炙烤会造成燃料箱的压力增大 , 随时有爆炸的危险 。
我们需要在不额外增加隔热材料的前提下 , 最大限度地反射阳光 , 保证火箭内部不会过热 。 长征五号外面的白色涂层可以反射超过90%的太阳辐射热能 , 从而确保火箭安全 。
有朋友说 , 美国SpaceX的“星舰”就没有刷白油漆 , 它亮闪闪的不锈钢表面不也是可以反射阳光吗?事实上即便是打磨得光亮如镜 , 不锈钢的热反射率最多也不到70% , 与白色涂料比差远了 。 相比之下 , 纯铝的反射率最高能达到94% , 因此许多镜子背面镀的是铝(银的反射率最高但更贵) 。
为什么不把火箭打磨成银色
既然铝的热反射率高 , 是不是只需把长征5号的铝壳打磨光亮 , 就可以既不增加重量又达到比白色涂料更好的隔热效果呢?并且银光闪闪的火箭看起来也更酷呀!
铝是一种活泼金属 , 它能迅速与空气中的氧气发生化学反应形成一层氧化铝薄膜 , 而这层氧化铝膜使其热反射效果大打折扣 。 在海南岛高湿高盐雾的环境下 , 铝会被更快地腐蚀 , 火箭耐候性变差 , “打磨火箭”成本高昂且得不偿失 。
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