Почему струя не сохраняет форму сопла
Внутри ракетного двигателя горячий газ находится под высоким давлением. Сопло направляет его назад и ускоряет: давление превращается в скорость, а реактивная сила толкает ракету вперёд. Но сопло не всегда успевает снизить давление выхлопа до давления окружающей среды. Когда газ выходит в почти пустой космос, разница остаётся огромной — и выхлоп продолжает расширяться уже за пределами двигателя.
Расширяющийся газ расходится в стороны, поэтому узкий поток за соплом становится широкой струёй. Это не оболочка, которую вакуум «растягивает», а множество быстро движущихся частиц, разлетающихся под разными углами. По мере удаления они всё реже сталкиваются друг с другом, и поток постепенно теряет плотность.
Сопло рассчитано на условия полёта
Форма сопла влияет на то, насколько эффективно двигатель использует газ. У сопла, предназначенного для работы у Земли, расширение ограничено: там снаружи есть давление атмосферы. В вакууме окружающее давление почти отсутствует, поэтому газ может продолжать расширяться после выхода. Для двигателя, работающего преимущественно в космосе, длинное сопло позволяет сильнее расширить выхлоп внутри и получить больше тяги при том же расходе топлива.
Сама широкая струя не означает, что двигатель внезапно стал мощнее: на тягу влияют скорость и количество выбрасываемого газа, а также давление на выходе. И видимый на снимке след — лишь часть потока: его яркость зависит от состава выхлопа и освещения. Поэтому за узким соплом может скрываться разлетающееся облако, намного шире самого двигателя.
