为什么长征五号芯一级尾焰是黄色的而助推器是蓝色的?
长征五号火箭，这个共和国的骄傲，在发射时总是能点燃我们心中最炽热的火焰。而当我们仔细观察它的尾焰时，你会发现一个有趣的现象：芯一级喷射出的是一股耀眼的黄色火焰，而环绕在它身边的四个助推器，则燃烧着一股深邃的蓝色。这可不是因为颜色搭配上的巧合，而是它们各自采用了不同类型、不同成分的燃料，并在这个过程中，呈现出各自独特的“性格”色彩。
咱们先从长征五号的“心脏”——芯一级说起。它的动力核心，那两台巨大的YF77发动机，可是名副其实的“液氢液氧”大家族。
燃料构成： YF77发动机使用的燃料是液态氢（LH2）和液态氧（LOX）。这是一种非常高效的组合，能产生巨大的推力。
燃烧过程与颜色： 当液氢和液氧在发动机内混合并燃烧时，会发生一个复杂的化学反应。这个反应产生大量的热能，以及水蒸气（H2O）和少量其他物质。然而，关键在于，在高温高压的环境下，燃料中的一些杂质，或者说是微量的金属元素，比如火箭发动机材料本身在高温下挥发出的金属原子，会受到激发。这些被激发的金属原子在能量释放的过程中，会发出特定波长的光。
黄色火焰的秘密： 为什么是黄色呢？这通常与钠元素有关。虽然我们追求的是纯净的燃烧，但在实际的发动机制造和燃料供应过程中，很难做到绝对的纯净。即使是微量存在的钠离子，在极高的温度下，当电子从高能级跃迁回低能级时，就会发出明亮的黄光，也就是我们常说的“钠黄光”。想想我们平时看到的烟花，那些绚丽的黄色，很大程度上就是因为其中加入了含钠的化合物。在长征五号芯一级这样强大的动力输出下，即使是微量的钠，也能被我们肉眼清晰地捕捉到。
再来看看长征五号的“四臂”——助推器。这些助推器虽然同样强大，但它们的燃料构成和燃烧方式却与芯一级有着本质的区别。长征五号的助推器使用的是液态氧煤油（Kerosene/RP1）组合。
燃料构成： 助推器内部的YF100发动机，燃料是煤油（通常是RP1，一种精炼过的煤油）和液态氧。
燃烧过程与颜色： 煤油是一种碳氢化合物。当它与液态氧在YF100发动机内燃烧时，会产生大量的二氧化碳（CO2）和水蒸气（H2O）。与液氢燃烧不同，煤油的燃烧过程会产生更多的碳颗粒（soot）。
蓝色火焰的秘密： 这种蓝色火焰，是碳颗粒在高温下发出的光。在不完全燃烧的情况下，会产生一些游离的碳原子和碳原子团。当这些碳颗粒被加热到非常高的温度时，它们会以黑体辐射的形式发出光。而这种黑体辐射的光谱特性，恰恰会让我们看到一种深邃的蓝色。你可以想象一下，在篝火的中心，那里燃烧得最旺，最热的地方，火焰往往呈现出蓝色，就是这个道理。
为何更“纯净”的蓝？ 相比于芯一级可能存在的金属杂质带来的黄光，助推器使用的煤油，在燃烧过程中，主要发光的还是碳颗粒。在YF100发动机的优化设计下，能够更有效地控制燃烧，使得碳颗粒的温度和发光特性更倾向于蓝色。同时，煤油燃烧的能量密度虽然不如液氢，但其燃烧产物在高温下的发光特性，也更容易呈现出这种蓝色调。
总结一下，这两种截然不同的颜色，背后隐藏着的是两种不同的“化学签名”：
黄色的尾焰（芯一级）： 主要来源于液氢液氧燃烧过程中，由于微量金属杂质（尤其是钠）被激发而发出的特定波长光。
蓝色的尾焰（助推器）： 主要来源于液氧煤油燃烧过程中，产生的碳颗粒在高温下以黑体辐射的形式发出的光。
这两种颜色，不仅是视觉上的区分，更是长征五号火箭动力系统设计理念差异的直观体现。它们各自承担着不同的任务，运用着不同的技术，最终汇聚成一股强大的力量，将我们的航天事业推向新的高度。下次再看到长征五号发射，不妨仔细留意一下这两种颜色，它们都在默默地讲述着火箭背后的科学故事。
咱们先从长征五号的“心脏”——芯一级说起。它的动力核心，那两台巨大的YF77发动机，可是名副其实的“液氢液氧”大家族。
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燃烧过程与颜色： 当液氢和液氧在发动机内混合并燃烧时，会发生一个复杂的化学反应。这个反应产生大量的热能，以及水蒸气（H2O）和少量其他物质。然而，关键在于，在高温高压的环境下，燃料中的一些杂质，或者说是微量的金属元素，比如火箭发动机材料本身在高温下挥发出的金属原子，会受到激发。这些被激发的金属原子在能量释放的过程中，会发出特定波长的光。
黄色火焰的秘密： 为什么是黄色呢？这通常与钠元素有关。虽然我们追求的是纯净的燃烧，但在实际的发动机制造和燃料供应过程中，很难做到绝对的纯净。即使是微量存在的钠离子，在极高的温度下，当电子从高能级跃迁回低能级时，就会发出明亮的黄光，也就是我们常说的“钠黄光”。想想我们平时看到的烟花，那些绚丽的黄色，很大程度上就是因为其中加入了含钠的化合物。在长征五号芯一级这样强大的动力输出下，即使是微量的钠，也能被我们肉眼清晰地捕捉到。
再来看看长征五号的“四臂”——助推器。这些助推器虽然同样强大，但它们的燃料构成和燃烧方式却与芯一级有着本质的区别。长征五号的助推器使用的是液态氧煤油（Kerosene/RP1）组合。
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燃烧过程与颜色： 煤油是一种碳氢化合物。当它与液态氧在YF100发动机内燃烧时，会产生大量的二氧化碳（CO2）和水蒸气（H2O）。与液氢燃烧不同，煤油的燃烧过程会产生更多的碳颗粒（soot）。
蓝色火焰的秘密： 这种蓝色火焰，是碳颗粒在高温下发出的光。在不完全燃烧的情况下，会产生一些游离的碳原子和碳原子团。当这些碳颗粒被加热到非常高的温度时，它们会以黑体辐射的形式发出光。而这种黑体辐射的光谱特性，恰恰会让我们看到一种深邃的蓝色。你可以想象一下，在篝火的中心，那里燃烧得最旺，最热的地方，火焰往往呈现出蓝色，就是这个道理。
为何更“纯净”的蓝？ 相比于芯一级可能存在的金属杂质带来的黄光，助推器使用的煤油，在燃烧过程中，主要发光的还是碳颗粒。在YF100发动机的优化设计下，能够更有效地控制燃烧，使得碳颗粒的温度和发光特性更倾向于蓝色。同时，煤油燃烧的能量密度虽然不如液氢，但其燃烧产物在高温下的发光特性，也更容易呈现出这种蓝色调。
总结一下，这两种截然不同的颜色，背后隐藏着的是两种不同的“化学签名”：
黄色的尾焰（芯一级）： 主要来源于液氢液氧燃烧过程中，由于微量金属杂质（尤其是钠）被激发而发出的特定波长光。
蓝色的尾焰（助推器）： 主要来源于液氧煤油燃烧过程中，产生的碳颗粒在高温下以黑体辐射的形式发出的光。
这两种颜色，不仅是视觉上的区分，更是长征五号火箭动力系统设计理念差异的直观体现。它们各自承担着不同的任务，运用着不同的技术，最终汇聚成一股强大的力量，将我们的航天事业推向新的高度。下次再看到长征五号发射，不妨仔细留意一下这两种颜色，它们都在默默地讲述着火箭背后的科学故事。
网友意见
如果发动机喷管使用烧蚀（就像载人飞船返回舱）冷却那氢氧火箭发动机尾焰也会发黄，喷气中夹带烧蚀材料剥离冲刷下发光的微粒，除了长征5号的YF-77外德尔塔4系列用的RS-68也是烧蚀冷却喷管的大推力氢氧火箭发动机。另外固体燃料火箭都是烧蚀冷却。
煤油火焰颜色问题也跟燃烧是否充分有关，燃烧不充分就会有碳粒在喷气中继续燃烧发光，燃烧充分就是蓝色。你看航空喷气发动机就是。
用烧蚀冷却喷管可以降低制造难度不用焊一大堆管子降低了造价，也提升了可靠性。缺点是增加发动机重量、也相对不利于重复使用，还降低了多机并联下的效率，毕竟没再生循环冷却耐热。
如果YF-77用再生循环冷却，长征5号的波折可能会更多。毕竟比液氮还冷好几十度的超低温液氢（20.28 开或者-252.87 °C）遇到喷气超过2500度（液体燃料火箭发动机燃烧温度通常在2220-3890开之间）轻松融化钢铁不在话下的超高温，在如此巨大到恐怖冰火两重天的温差和剧烈的振动下对制造工艺质量控制的难度可想而知，如果出问题又要折腾好久费力解决，估计现在火星车还没发空间站还没上。
SLS的前身战神5号原计划使用RS-68B，结果发现在多机并联和大型固体火箭助推器强烈的发热下喷管烧蚀层消耗太快，无法满足任务要求于是不得不改用推力更小、价格更昂贵的RS—25也就是航天飞机主发动机。
顺便说一下在RS-68基础上后来有面目全非深度发展型，叫RS-83，改为分级燃烧循环、再生循环冷却，像航天飞机主发动机一样兼顾海平面和高空，强调重复使用100次可靠性更高。可惜在发展原型阶段被取消了。海平面推力301.185吨，真空340.194吨，海平面比冲395，真空446。推力调节范围50-100%。
RS-83无论是在推力还是比冲上都吊打SpaceX的猛禽，同样也便于重复使用。
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