火箭的燃料都装哪儿?

来源:未知 编辑:渭南科普2018-06-29 10:31
  

       1960年2月19日,中国成功地发射了第一枚试验型液体燃料探空火箭。那么,你可知道,液体燃料装在火箭的哪里呢?

  1981年4月12日,美国佛罗里达州肯尼迪航天中心发射场一阵轰鸣,“哥伦比亚号”航天飞机在火箭的携带下轰鸣而起,冲天而去。“哥伦比亚号”航天飞机是第一个采用新型“助推剂”的航天器。这次航天飞机试飞取得成功后,新型“助推剂”——液氢就成为航天器发射的主要燃料了。

  为什么要采用液氢作为航天器的主要燃料呢?氢普遍存在于自然界中,有“生命之源”之称的水就是由氢原子与氧原子结合而构成的。氢极易在空气中燃烧,除核燃料之外,氢是所有燃料(包括化石燃料、化工燃料和生物燃料等)发热值最高的。每千克氢燃烧后产生的热量,约想当于4.5千克焦炭、3千克汽油或3.9千克酒精燃烧后产生的热量。如果把海水中的氢全部提取出来,可产生的热量相当于地球上所有化石燃料(包括煤、石油、天然气等)放出总热量的9000倍。而且,氢燃烧后的产物是水,不会产生任何污染。因此,作为能源的氢被公认是最洁净的能源。

  氢能虽然有这么多好处,却不能像煤、石油和天然气那样直接开采。因为自然界中并没有单纯的氢存在,氢主要以和氧结合成水的形式存在,所以不能直接作为能源使用。为了得到氢,人们用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。但这种方法需要耗费大量的煤、石油等化石能源,制取的成本很高。科学家一直在探索获得氢的新途径,比如利用太阳能来制取氢,利用细菌培养来产生氢等。

  通过各种方法制取得到了氢,如何存储和运输又是一个问题。氢在常态下是气体,不仅所占空间体积大,而且在空气中很易燃烧,甚至发生爆炸,因此是一种非常危险的气体。最普通的贮氢方法是高压气态储存法,就是利用钢瓶将氢气储存起来。由于氢气的密度很小,0.5千克的氢气要储存到特制的40升钢瓶里,需要150个标准大气压的高压。目前,国际上已经有可承受约800个标准大气压的轻质材料储氢瓶。对于固定地点的大量储氢,比如制取氢气的工厂,还可以采用地下储存的方式,利用密封性好的气穴、采空的油田或盐窟等。

  不过,由于发射火箭所需消耗的燃料能量非常多,火箭本身也不可能携带许多氢气钢瓶升空,因此,经过高压存储的氢气还达不到要求。科学家想到了杜瓦瓶——一种高度真空绝热从而达到保温效果的容器。方法是,将气体氢冷冻,使其温度降到?252.72℃,这时,氢气由气态变成了液态。液态氢的密度高,体积小。通过加压的方式将液氢灌到特制的杜瓦瓶中,通过杜瓦瓶来保存超低温状态的氢,处在超低温状态下的液氢就不会变回气体了。这项技术称为低温液氢储存或深冷液化储氢。有了杜瓦瓶,火箭就能携带足够的液氢燃料发射升空了。当然,低温液氢技术和设备要求极高,因此非常昂贵,目前也只是运用于存储火箭的燃料。

  由于杜瓦瓶的保温原理和外形与普通热水瓶相似,所以有人就趣称液氢装在了“热水瓶”里。

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