Какие факторы определяют высоту, на которой выхлопные шлейфы ракет начинают сильно распускаться?

Здесь в основном действуют две вещи: давление выхлопа ракеты и атмосферное давление. Когда ракета поднимается, в конце концов атмосферное давление упадет настолько, что это произойдет. Однако, когда это произойдет, зависит от давления выхлопа ракеты. Это, в свою очередь, зависит от формы сопла, скорости выхлопа и множества других технических факторов.

Я думаю, что это эффект инверсионного следа , такой же, как у самолетов.

Как авиационное топливо для реактивных двигателей, так и ракетное топливо, такое как RP-1 и жидкий водород, при сгорании в соответствующем двигателе производят много водяного пара.

В зависимости от температуры и влажности на высоте, образующиеся инверсионные следы, они могут быть видны всего несколько секунд или минут или могут сохраняться в течение нескольких часов и распространяться на несколько миль в ширину, в конечном итоге напоминая естественные перистые или высококучевые облака.

На больших высотах, когда этот водяной пар попадает в холодную среду, локальное увеличение водяного пара может поднять относительную влажность воздуха выше точки насыщения. Затем пар конденсируется в крошечные капельки воды, которые замерзают, если температура достаточно низкая. Эти миллионы крошечных капель воды и/или кристаллов льда образуют инверсионные следы. Время, необходимое для того, чтобы пар остыл достаточно для конденсации, объясняет инверсионный след, образующийся на некотором расстоянии позади самолета. На больших высотах для переохлажденного водяного пара требуется триггер, чтобы стимулировать осаждение или конденсацию.

Цитаты из википедии.

Расширение сопла ракетного двигателя не влияет на образование водяного пара.

Фотография NASA инверсионного следа X-15 с этой страницы .

С этой страницы .

Это расслоение воздуха на влажный и сухой слои не ограничивается облаками. Казалось бы, чистый воздух содержит точно такое же разнообразие слоев. Это было очень четко проиллюстрировано недавним запуском Обсерватории солнечной динамики. По мере подъема он не оставлял инверсионного следа, пока не наткнулся на слой влажного воздуха, после чего оставил инверсионный след, который держался довольно долго, а затем снова ушел в сухой воздух, и инверсионного следа больше не было.

С этой страницы .