长征五号的尾焰不如美国和俄罗斯火箭霸气？尾焰长不代表性能强

长征五号火箭的尾焰看起来有点短，不像猎鹰火箭和俄罗斯火箭那么霸气，是怎么回事啊？这是一个粉丝给我布置的任务，我今天是来交作业的。另外，还有一个粉丝问过我，真空中火箭喷出的物质会不会变成固体。今天一并解释了，算是给二位一个交代。我是东城观星，欢迎新老朋友持续关注。

一、长征五号火箭尾焰为什么比较短

长征五号火箭尾焰看起来比较短，这是事实，但并不代表长征五号推力小或性能差。至于火焰长度小的原因，大家可以在评论区发表自己的观点，我从以下三个方面来解释一下。

1.尾焰长度跟燃料有关

正常来说，液氢液氧发动机喷出的火焰，颜色最浅，最不容易看清楚。氢气在氧气中燃烧，产物最简单主要是水蒸气，火焰的颜色是浅蓝色，亮度不高、还跟天空的颜色相似，很多时候明明在着火，但不仔细看，还真看不出来。长征五号中间的芯级发动机就是液氢发动机，大家可以仔细看看，火焰并不明显，比助推器的火焰还要差一些。当然，实际上液氢燃烧喷出的过程对喷管有一定的烧蚀，从而使得火焰有一些黄色。除了长征五号以外，美国的航天飞机、欧洲的阿里安五号火箭都用到了液氢发动机，对应火焰也都不太明显。

火箭尾焰最明显的应该是固体火箭发动机。大家可以看美国的航天飞机、欧洲的阿里安5火箭以及印度的GSLV Mk3火箭都有两个巨大的固体助推器，发射的时候火焰非常壮观，几乎遮盖了其他发动机的火焰。一方面，固体火箭往往燃烧不充分，喷出的气体还有很多没有燃烧的物质，接触到空气以后很容易发生再次燃烧，从而扩大火焰的亮度和范围。另一方面，固体火箭燃料中成分比较复杂，火焰比较明亮，辨识度高。此外，很多固体火箭中专门添加一些金属，增加了火焰的亮度。同时，固体火箭燃料燃烧的时候产生的烟特别多，也就是有很多固体颗粒物，这些固体颗粒物有利于火焰光的反射，更容易被远处的人看到。刚才提到的几个固体助推器火箭，其尾焰要比猎鹰九号还要壮观得多。就连日本的HⅡB火箭，虽然只有四个很小的固体助推器，其尾焰依然很壮观。

至于美国的猎鹰9号火箭，使用的煤油燃料，成分要比液氢的成分复杂得多，燃烧的产物有水、二氧化碳、一氧化碳等，燃烧的火焰呈现明亮的黄色，比液氢的燃烧火焰更容易识别出来。与此同时，煤油发动机喷出的物质，也有很多未完全燃烧的物质，这些物质很容易在接触到空气的时候再次燃烧。此外，煤油在氧气中燃烧不充分的话，也可以产生一些颗粒物，比如炭黑，所以这类火箭发射时会有一些烟，这些烟跟固体火箭的烟一样，会让火箭尾焰看起来更壮观。

即使是中国的长征2F火箭的火焰看起来也要比长征五号的尾焰更壮观一些，因为长征2F使用偏二甲肼和四氧化二氮做燃料，燃烧产物比煤油发动机更复杂，火焰颜色有黄色和红色的特征，比浅蓝色火焰更明显。当然，也伴随着一些二次燃烧，造成火焰更加明亮。此外，经过测算，火箭发动机喷出的物质都是超音速的，但不同的物质减速的程度不一样，液氢发动机喷出的水蒸气从超音速减速到亚音速所用的时间比较短，其他物质则可以维持更长时间，从而使尾焰的长度也不一样。

2.火箭尾焰的长度，还跟火箭发动机的推力有关

正常来说，发动机推力越大，火箭尾焰长度就越长。别看长征五号有5米直径的芯级，但发动机推力只有50吨，两台发动机一共才100吨的推力。两台发动机的推力只比猎鹰9火箭一台发动机84吨的推力多一些，猎鹰9火箭芯级一共有9台发动机，尾焰比长征五号的尾焰壮观并不奇怪。美国的航天飞机，除了两个助推器以外，还有三台液氢发动机，每台发动机的推力将近200吨。日本的HⅡB火箭的芯级都有两台100多吨推力的发动机。这样比起来，长征五号芯级火焰比较短是很正常的。

但是，必须强调，长征五号之所以用这么小的发动机，是因为起飞的时候主要利用助推器的强大推力，飞起来后再利用液氢发动机的高比冲，延长火箭的飞行时间，减少火箭级数。长征五号乙火箭是目前世界上唯一一个不需要第二级火箭接力，直接把目标飞行器送到轨道的火箭。除了美国的航天飞机以外，其他的火箭都是需要第二级甚至第三级来接力的。因为长征五号乙起飞需要借助助推器的力量，所以叫一级半结构，不能算完全的一级入轨，但至少可以省掉第二级。对于长征五号来说，抛掉助推器以后，芯级100吨的推力完全够用了，没有必要把推力设计的太大。

3.长征五号火箭尾焰比较短，还跟它比较胖有关

按说，长征五号四个助推器，一共8台120吨的液氧煤油发动机，比猎鹰9号的推力还要大，不应该比猎鹰9尾焰短。但是猎鹰9的九台发动机集中在3.7米的直径范围内，每台八十多吨的推力，一共有七百多吨的推力集中在3.7米的直径范围内喷出。而长征五号四个助推器中间还隔着一个5米直径的芯级，相互之间距离远多了，总体直径大概相当于12米。12米直径有一千吨推力，和3.7米直径七百多吨推力比起来，显然后者密度更高，相互协同，火焰更长并不奇怪。更何况长征五号中间芯级还是液氢液氧发动机，四个助推器喷出的火焰是相互分开的，相当于四个小火箭各自为战，没有协同效应。每个助推器喷出的物质都比较少，在空气中冷却的也快，火焰长度不高也是很正常的。

如果想看长征五号壮观的火焰，那就再等等吧。过几年，921火箭，也就是长征5DY火箭面世以后，五米直径的范围内有7个120吨以上推力的液氧煤油发动机，三个芯级并联，一共21台大推力发动机一起工作，其火焰喷出的时候肯定壮观，大家期待一下吧。更厉害的还有2021款新设计的光杆版长征九号，10.6米直径，里面有16台360吨级的液氧煤油发动机，总推力近6000吨，其发射时火焰绝对够壮观。

总结一下，长征五号的尾焰确实不够壮观，这跟火箭的构型和燃料类型都有关。但尾焰小一点不影响它的推力，目前来说他在世界范围内推力还是第一梯队的，只有中美俄三国的重型火箭全面推出才能把它给比下去。当然说句题外话，对于军事上发射导弹来说，可不能追求尾焰壮观，他们必须想尽办法隐藏自己，因为火焰太壮观了容易暴露行踪，让敌人可以提前防备。

二、太空中的火箭喷出的物质会不会变成固体？

正常来说，真空中火箭、飞船和卫星喷出的物质都是高温的气体。这些高温的气体虽然含有水蒸气，但它们在真空环境下会迅速分散开，而不是集中起来形成冰块。之所以有人以为这些气体会变成冰块，主要的原因是大家听说外太空的气温很低，接近绝对零度。

其实真空中温度低和地球上温度低不是一回事。地球上有大量传导热量的物质，比如空气、水、土壤、岩石这些都可以传导温度，只要它们处于很低的温度，就可以从跟他们接触的高温物体那里吸收热量，从而把高温物体给冻住。但是在真空里，几乎没有这样的导热物质，面向阳光的地方物体可能有百度以上的高温，背对阳光的地方可能就是零下一百多度甚至接近绝对零度，温差特别大。另外，由于没有空气导热，高温物质只能通过热辐射的方式来释放能量，降温的速度要比地球上慢很多。同时，只要有太阳光照射，这些物质还可以从太阳光里吸收能量，轻易不会被冻住。

当然，如果条件合适，水在真空中还是有可能被冻成冰的。比如，空间站或飞船里排出来的水，如果流到背光的地方，由于温度特别低，很快就会冻成冰。但是，火箭喷出的高温气体速度很快，会迅速分散开，重新聚集起来的机会非常小，而低温状态下气体要想被冻成冰，至少得碰到一起才行，所以火箭喷出的物质很难被冻成冰，也就不太可能变成太空碎片伤害航天器。

当然，火箭在外太空喷出的气体不会变成冰是相对的不是绝对的。比如美丽的土星环就是由无数小冰块反光产生的美丽光带，如果火箭喷出的水蒸气冷却下来又碰到低温冰块的话，还是有可能被冻上的。

好了，今天就说这么多吧，新老朋友别忘了评论点赞和持续关注。