每次看火箭发射直播，当倒计时归零的瞬间总让人心潮澎湃，火箭底部喷涌出滚滚浓烟，箭体缓缓挣脱发射塔的束缚，加速冲向天际。不过细心的人可能会发现，不同的火箭，喷出的烟雾颜色大不一样——有的红棕色，有的雪白色，有的橙黄色，还有的泛着蓝色。这些五颜六色的尾焰，其实是火箭在“自报家门”：它肚子里装的是什么燃料。
长征五号B运载火箭发射
图片来源：新华社
火箭尾焰的颜色，主要取决于发动机里燃烧的推进剂成分。推进剂由燃料和氧化剂两部分组成，燃料负责燃烧释放能量，氧化剂负责提供氧气——因为太空中没有空气，火箭必须自己带够“干粮”上路。不同的燃料与氧化剂组合，燃烧后的产物千差万别，也就出现了不同颜色的尾焰和烟雾。下面将以我国长征系列火箭为例，带大家了解火箭不同的燃料与氧化剂组合。
红色烟雾的“老前辈”：偏二甲肼与四氧化二氮
如果看长征二号F运载火箭发射神舟飞船的画面，会发现火箭点火后尾部涌出大片红棕色烟雾，气势逼人。这股红烟来自一种经典的常温推进剂组合：偏二甲肼作为燃料，四氧化二氮作为氧化剂。
这种组合最大的优点是可以在常温下稳定储存，不需要麻烦的低温保温设备，加注流程成熟可靠，技术经过了几十年发射任务的反复验证，我国长征系列火箭里，长征二号各型号各级及助推器、长征三号系列各型号芯一、二级及助推器、长征四号系列各型号各级都用的是偏二甲肼加四氧化二氮的组合。四氧化二氮本身无色，但未完全反应的四氧化二氮在常温下容易分解出二氧化氮，而二氧化氮正是红棕色的气体，所以火箭发射时会看到红棕色的烟雾。偏二甲肼与四氧化二氮一接触就能自动着火，省去了复杂的点火装置，这也是它在早期航天任务中被广泛使用的原因之一。
长征二号F运载火箭发射
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不过这种推进剂有一个明显的短板：有毒性。无论是偏二甲肼还是四氧化二氮，对人体和环境都有一定的危害，加注时需要格外小心。而且它的燃烧产物中含有二氧化氮等有害气体。随着航天技术的进步，我国新一代火箭已经逐步用更环保的燃料替代了它。
长征四号乙运载火箭发射
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白烟滚滚的“绿色新秀”：液氧煤油
近几年看长征七号发射，画面风格和之前看长征二号、三号、四号系列有了大的变化——红棕色的烟雾消失了，取而代之的是铺天盖地的雪白色烟雾，像一大团棉花糖从发射台底部翻滚而出。
白烟的背后是燃料的换代。长征七号是我国第一款全面采用液氧煤油推进剂的中型火箭，煤油燃烧的主要产物主要是二氧化碳和水蒸气，但在高温燃烧过程中还会生成大量炽热的微小碳颗粒（烟炱），这些颗粒在喷流中发光，使尾焰呈现橙红至黄白色。同时，尾气中的水蒸气在膨胀冷却后会迅速凝结成微小水滴，对光产生强烈散射，从而在尾焰外围形成白色烟雾。和偏二甲肼—四氧化二氮的组合相比，液氧煤油无毒无害，安全性大幅提高，火箭的发射准备周期也大大缩短。
长征七号改运载火箭发射
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煤油的优势不止环保。它来源广泛、成本较低，而且能量密度不错。长征七号装备的YF-100液氧煤油发动机单台推力可达120吨，较常规推进剂比冲提高20%，火箭起飞总推力达到730吨。此外，我国还在发展煤基航天煤油，用煤炭转化而来的燃料替代传统石油基煤油，进一步拓宽了燃料来源，单位成本降低超过50%，已经在长征十二号等火箭上成功使用。
长征八号甲运载火箭发射
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“冰与火”的零排放组合：液氢液氧
如果说液氧煤油已经够环保，那么液氢液氧则堪称终极清洁能源。液氢作为燃料，液氧作为氧化剂，燃烧之后的产物只有一种——水蒸气，连二氧化碳都没有。而且液氢液氧的能量密度在化学推进剂中数一数二，推力强劲。
这个组合的代价是需要面对极端的低温挑战。液氢的沸点是零下253摄氏度，液氧的沸点是零下183摄氏度，箭体内部相当于一个巨大的“冰窖”。长征五号800多吨的总重里，90%是推进剂，其中大部分为低温推进剂（液氢和液氧），因此得了个“冰箭”的称号。加注时空气中的水蒸气遇到冰冷的箭体会凝结成白雾，还没点火就已经“白烟缭绕”了。
长征五号B运载火箭发射
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点火之后，“冰箭”瞬间化身为“火球”。芯级火箭液氢液氧燃烧喷射出3000多摄氏度的高温烈焰，尾焰呈现淡蓝色或接近无色。长征五号采用“芯级氢氧发动机+助推器液氧煤油发动机”的组合方案，所以尾焰中心偏淡蓝（甚至透明），外围呈明亮的橙黄色。这个方案兼顾了高性能与高推力，已成为嫦娥探月、天问探火等重大深空探测任务的专属运载工具。
固体火箭的“彩色烟花”
除了液体燃料，还有一类火箭用的是固体推进剂。固体推进剂的原理有点像超大号的烟花——燃料和氧化剂提前混合好，压制成药柱装在发动机里，一点火就从头烧到尾，结构简单、储存方便。长征十一号就是长征系列中唯一一款全部使用固体燃料的运载火箭。
固体推进剂中通常会加入铝粉等金属添加剂来提高能量，燃烧时金属成分生成金属氧化物，反射光线形成明亮的火焰，不同金属还会产生不同的颜色，多种颜色叠加甚至会出现彩色的尾烟。固体火箭的尾焰常常呈现橙褐色或亮白色，带着明显的烟尘拖尾。它们最大的特点是反应迅速、准备时间短，可以做到随时发射，特别适合需要快速响应的应急发射任务。
长征十一号运载火箭发射
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从长征二号F的红棕色烟雾，到长征七号的黄白色烟团，再到长征五号的中心淡蓝外围橙黄烈焰，火箭尾焰颜色的变迁，正好串联起中国航天燃料从“有毒”到“无毒”、从“高成本”到“经济环保”的演进之路。如今，以煤基航天煤油、液氢液氧为代表的新型推进剂正在成为主力，性能更优的金属基推进剂、液氧甲烷等新燃料也在紧锣密鼓地研发和测试之中。下次看火箭发射的时候，不妨留意一下尾焰的颜色——那不仅是一道壮观的风景，更是一份写在天空里的“燃料说明书”。
以下是为大家总结的我国长征系列火箭全型号所用的燃料＋氧化剂组合，感兴趣的朋友可以下滑继续学习哦~
参考资料：
1.https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?ar_id=617207&business_type=100&classify=0
2.http://szb.htgjjl.com/m_htb/2024-07/20/content_56928.html
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5.https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?ar_id=356065&business_type=100&classify=0
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来源：蝌蚪五线谱
编辑：网络科普部 吴昂
审核：网络科普部 艺雯
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