Space X 的发射台下为啥不能做成深井来吸收烈焰回收散热水？

太空僧，2022年新知答主｜航天及天文优秀答主

“小王啊，关于深井这个问题，我们要高度重视，把它当作一个非常重要的问题来对待，一定要抓紧推进，要在保证质量的前提下加快速度，不能因为追求速度而忽视质量。”

小王看了一眼领导，把头点得像小鸡啄米。

第一个月

按照领导的意思，小王挖了一口很深的竖直圆井，把火箭直接架在井口的上面。他又想，火箭的火焰冲下去，能量会被井壁和井底吸收，于是又去抓了个做给排水的，布了水管，把水从井底抽上来，又从井壁喷出来，利用水的蒸发来冷却，然后水再集中回井底，循环利用。

点火！发动机点火后，高温高速的尾焰，瞬间把井里的空气和蒸汽压缩，产生巨大背压。

领导：“被压？”

小王：“所谓背压，就是流体由于流动受阻而产生的与流动方向相反的压力。发动机推力会明显下降。”

领导：“等等，气体被堵住了，压力变高，不是就像活塞一样把火箭往上顶么？怎么会推力下降呢？”

小王：“领导说的对，对于枪炮来说，就是这样的。但火箭发动机是持续喷气的开放系统，工作原理不太一样哈。按照齐奥尔科夫司机的那套理论，动量推力，也就是气体高速喷出去的反作用力，是火箭推力的主要来源，也就是说，排气速度越快，火箭的力气越大。而外界气压会影响排气速度，这也是为什么同一台发动机在真空中的推力，比在海平面要大的原因。”

领导：“就像在海里开枪，子弹速度不快？”

小王：“领导真是智慧，打的比方也很有哲理啊！井内燃气排不出去，压力迅速升高，井里的气往上顶，火箭的排气速度就下降。。。。”

领导：“这我还不知道么？我也是 EMBA 硕士毕业嘛。这个问题的关键，就是要找出关键的问题。小王啊，在问题面前，我们要保持敏锐的洞察力，及时调整战略方向，要列出时间表、画出路线图，有计划、有节奏地扎实推进！细节再打磨一下，出了问题及时汇报。”

小王看了一眼领导，又把头点得像小鸡啄米。

第二个月

小王知道，上一次的问题，是没有给高速大流量燃气留出顺畅的逃逸通道造成的。

于是，他在深井底的侧面，开了 2 个排气隧道，让燃气能从侧面跑出去。

这一次，背压问题大幅缓解了。但又发现了新问题。

尾焰产生了震耳的声波，在深井里来回反射，产生了比一万只竹知了还嘈杂的回响驻波。

火箭底部结构被声学振动震出了裂纹，传感器大量失效。

小王意识到，竖直深井本身就是个声波陷阱。他想了一下，没喊领导，直接抓了几个土木的，赶紧把井改成了细长的水平火焰槽，让尾焰冲下去后被强制往侧面的方向导走，尽快离开火箭正下方。

点火！发动机点火后，声学环境好了一点，背压也小很多。但燃气直接冲击槽底和侧壁，热流密度极高，混凝土被冲出了一个大坑，耐火材料大片大片地脱落。这样一来，气流就更混乱了，部分高温尾焰还会往回卷。

于是小王又在火箭正下方加装了一个巨大的斜面金属导流器，让垂直向下的燃气按导流的方向转弯，再沿着火焰槽向两侧排出。

点火！发动机点火后，这次的气流路径清晰多了，热负荷也相对分散一些了。但导流器表面仍然会被瞬间烧红甚至熔化，尤其是冲击点那里。而且起飞瞬间的声压依然偏高，对箭体仍有威胁。这说明单纯靠材料硬抗高温高速燃气，寿命太短，声学抑制还不够，火箭起飞瞬间的声波还是破坏了箭体结构。

小王心想，还好这次没让领导来。

第三个月

为了解决熔化问题，小王在导流器的表面和火焰槽内布置了大量的喷水孔，点火时以极高的流量像潮水一样喷，利用水的汽化潜热大量吸热，同时水雾升起来后，还能有效地散射和吸收声波。

点火！发动机点火后，导流器终于能扛住了，声学环境也达到可接受水平。发射台损伤显著下降。嗯，水的核心价值，不就是拿来抑制声波、保护火箭和发射台表面的嘛。

领导第一时间赶赴现场：“嗯，比较满意，但仍然有提升空间。对了，那些水后来怎么处理的？”

小王：“领导，这次喷了 100 万升，90%都蒸发了，剩余的水，我安装了抽水泵，把槽里剩下的水抽回储水罐里收集起来了。 因为水中会混入微量燃烧产物或地面污染物，所以还要进行过滤。符合水质标准的水会回填到系统里。虽然目前还做不到闭环的完全回收，但相对一次发射的总成本来说，水费占比很小，市政水没那么贵。”

领导：“我们要善于跳出条条框框，打破坛坛罐罐，发扬艰苦朴素的优良作风，在重大浪费面前，要勇于抵御，勇于解决，要保持吃苦在前、拼搏在先的昂扬斗志！”

小王：“领导的话，我都记在本本里了。”

领导：“嗯，对了，你再研究研究，在深井里放些冰，看可行性如何。”

小王：“深井冰？！”

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