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天然气发动火箭  

2008-03-31 13:12:04|  分类: 杂志文章先睹为快 |  标签: |举报 |字号 订阅

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天然气发动火箭 - 《新知客》杂志 - 新知客

XCOR航宇公司的甲烷/液氧发动机只能工作数秒,但是却指明了未来火箭燃料的方向。液态甲烷更方便、更环保,也更安全,未来有希望成为地球与火星之间往返飞行的首选燃料。

 

加利福尼亚莫哈韦沙漠,傍晚时分,XCOR航宇公司派来的几个人等得有些不耐烦了,不时地看看表。终于,持续的轰鸣声响起。空地里是一台泛着金属光泽的火箭发动机,被固定在一辆液化天然气罐车的后部,此时正喷出一道超音速烈焰,与空气的剧烈摩擦发出呼啸,地面上飞砂走石。

XR-5M15 甲烷/液氧发动机的地面试验过程就这样持续了几秒钟。只有几秒钟,但对于等候在此的几名研发人员来说,那天的经历具有特殊意义。沙漠中的斜阳仿佛预示着传统火箭燃料的命运,而甲烷+液氧将是主宰夜空的新星。

 

炒菜做饭才用的天然气(甲烷),为什么被选作火箭发动机的燃料?以往能源紧张时期,汽车要背着沼气罐上路,现在火箭使用天然气也是出于经济性的考虑。用XCOR公司员工艾丽塔·杰克逊的话说:“它虽比不上煤油。但是在火星和太阳系的其他地方,都有这种气体。”未来三十年,如果想要实现载人登陆火星,从地球发射的航天器必须携带足够宇航员返回地面的燃料。如果这种燃料可以在火星上就地取材,节省下来的空间就可以装载更多的科学仪器,完成更多科学使命。宇航员也能吃到更多从地球上带来的食物,好好地在神秘的红色星球上探查一番。这种火星上土产的火箭燃料就是甲烷,行星天文学家早就知道火星大气富含二氧化碳(CO2),如果在其中加入电解水得到氢(H2),再加热一番就能生成甲烷(CH4)和和水(H2O)了。届时宇航员可以通过大规模生产设备将甲烷制备出来,供回家的路上使用。

除了经济原因以外,甲烷/液氧火箭发动机还具有其他优势。俄罗斯的运载火箭往往采用煤油/液氧发动机。煤油燃烧时会产生积碳,在发动机表面累积焦炭残留物,造成阻塞,并妨碍火箭发动机的重复使用。对于在大气层内使用的一次性火箭发动机,重复点火能力或许并不重要,但是未来的星际飞行需要火箭多次关闭并重新启动,如果发动机被积碳阻塞,重新点火时可能发生可怕的爆炸。分子量小的甲烷则能够完全燃烧,不易出现积碳。环保也是考量的对象。目前常用的自燃式火箭燃料,如四氧化二氮和甲基肼都有较高的毒性,对地面工作人员和宇航员的呼吸系统乃至生命安全会造成威胁——我们不会忘记,今年2月美国以“标准-3”型导弹击落失控间谍卫星的理由就是卫星上的肼燃料会毒害地面。而甲烷/液氧则较为环保,对人体基本无害。正是出于上述原因,《时代》周刊才会将XCOR航宇公司出品的甲烷/ 液氧火箭发动机选为年度科技发明。

下一步要做的,就是将甲烷发动机进一步改进,使它能自行冷却,不会过热,从而延长工作时间。XCOR公司的最佳纪录是持续点火几秒钟,而实用的火箭发动机至少要工作几分钟。好在液态甲烷是一种比热很大的液体,能够吸收一些发动机的废热。XCOR公司希望他们的发动机能够用于NASA未来月球登陆器的往返,或者为航天飞机的换代产品提供从月球轨道返回的动力,但总的来说,要把这种发动机安装在火箭上安全地使用,还有很长的路要走。这些困难比起太空中丰富的甲烷资源来说又是微不足道的。正如NASA火箭项目负责人所说,未来的太空终将成为甲烷火箭发动机的天下,莫哈韦沙漠中的蓝色火焰将是它征服太空的第一步。(文/赵洋)

 

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