火箭燃料为何装在“暖水瓶”里

来源: 中国航天报2018-04-18 11:55:34
  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冲天而起,绝尘而去。

  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”——液氢就成为各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,氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的。每公斤氢燃烧后的热量,约为焦炭的4.5倍,汽油的3倍,酒精的3.9倍。

  如果把海水中的氢全部提取出来,它可产生的热量甚至比地球上所有的化石燃料放出的总热量还大9000倍。氢的燃烧产物是水,因此,氢能是世界上公认的最洁净的能源。

  制取的氢在常态下是气体,而且在空气中很容易燃烧。大量氢气在空气中燃烧,会引起爆炸,非常危险。因此如何安全存储和运输氢,是氢能开发的关键之一。

  最普通的贮氢方法是高压气态储存法,就是利用瓶子将氢气储存起来。但由于氢气的密度小,0.5公斤的氢气要储存到特制的40升钢瓶里需要150个大气压的高压。

  对于固定地点的大量贮氢,比如制取氢气的工厂,可以采用地下贮存的方式,利用密封性好的气穴,采空的油田或盐窟等。这种方式只需花费氢气的压缩费用而不需要贮氢容器的投资,可以降低贮氢的费用,比较经济、安全,但是得找到合适的地理条件,并研究出良好的地下封口方法。

  由于发射火箭所需要的氢非常多,运用这种高压气态存储方法并不适合。于是科学家想如果有个方法能够把大量的氢气“变形”存储起来就好了。20世纪初,英国物理学家杜瓦按照装开水的暖水瓶的原理(在铁壳里放一个双层之间真空镀水银的保温玻璃瓶),发明了储运液氢的高度真空绝热的“杜瓦瓶”,从而使低温液氢储存成为可能。

  这种方法是将氢气冷至零下252.72摄氏度,使其变为液体。液态氢密度高,体积小,可以通过加压的方式将他们灌至特制的深冷杜瓦瓶中。这就是为什么要把火箭的燃料“装”进“暖水瓶”中储存的原因。
责任编辑: 安智慧 IF108
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