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绿色燃料何日一飞冲天

2019-10-12 19:39:52来源:励志吧0次阅读

发射于2010年的瑞典卫星PRISMA一直在测试一种更环保的方法,用于替代有毒推进剂——肼。

它看起来像霞多丽酒,闻起来像玻璃清洗剂,并且能推动一颗卫星。

它看起来像霞多丽酒,闻起来像玻璃清洗剂,并且能聚集起来推动一颗卫星。这是瑞典制造的“绿色燃料”,而它正在迅速成为操纵轨道飞船的可行燃料。与一种美国制造的推进剂一起,它成为了肼的替代品,后者是几十年来主导航天工业的有毒化学品。

瑞典推进剂目前正在推动天空中的一颗卫星,可能会用于一些小的商用地球成像卫星。美国制造的燃料将在美国宇航局(NASA)2015年的试飞任务中扮演重要角色。

这两种燃料都提供了更高的效率、更低的毒性,并且比肼更容易操作使用,这意味着它们可以被更容易和成本更小地加载于飞船上,因为工人不用穿笨重的全身防护服。这样的推进剂“从完全对环境友好的角度来看,并不绿色”,NASA太空技术任务理事会副助理主管JamesReuther说:“但使用它会使工作容易很多。”

绿色推进剂可能不会完全取代肼,肼是许多研究卫星和星际间任务的主力。它们也不会取代通常用于发射火箭的强大燃料。不过这些新的燃料,其中一些更耐低温,可以实现更便宜和更灵活的任务设计。

自从第二次世界大战后,肼(N2H4)一直用于火箭引擎驱动。它并不会像汽油那样燃烧,一种催化剂会引发肼分解成为氨、氮和氢,该过程会释放化学能量。该燃料的价值在于,它作为一种稳定的液体,可以为小的轨道调整提供精密推力。

不过如果人吸入或者接触到肼,就会产生一系列健康问题。美国国家毒理学计划将其分类为一种可能的人类致癌物。当2003年哥伦比亚号航天飞机在返回途中解体时,碎片遗落在得克萨斯州、路易斯安那州和其他南部各州,NASA警告人们不要靠近或者接触残骸,部分原因在于肼暴露的风险。

1995年,瑞典国家太空委员会对寻求替代燃料的工作提供资助,替代燃料应该至少和肼的作用相同,但需要更容易操作。位于瑞典斯德哥尔摩市、开发了绿色推进剂的ECAPS公司总裁MathiasPersson表示,较灵便的推进剂可以帮助在发射台上节省时间和资金。

这种瑞典燃料被称为LMP-103S(基于二硝酰胺铵的一种高能盐)。它在2010年搭乘PRISMA时首次亮相,PRISMA是旨在证实该燃料可用于小推进器精密工作的瑞典卫星。为了进行对比,该卫星也携带了肼。3位工作人员花费了7天将绿色推进剂加载于发射台,而加载肼则花费了5位工作人员14天的时间。

ECAPS公司目前正在寻求欧洲空间局对该推进剂的批准。法国航天机构CNES则正在考虑将其用于一些新的小卫星;而美国加州山景城Skybox成像公司将在2015年发射第三颗地球成像卫星时使用该燃料。“我们确实相信它会在未来大有可为,特别是用于小航天器。”Skybox的首席工程师JonnyDyer说。

绿色燃料不只是更容易操作,每千克的效用也比肼更好。这意味着一罐绿色燃料可以支撑更多的工作。事实上,美国绿色推进剂的产生源于两个空军研究项目的重叠:一个在寻找下一代推进剂技术,另一个在研究能量极度密集的材料。

结果就产生了AF-M315E,这是由加州爱德华空军基地空军研究实验室的化学家TomHawkins所创造的鲑肉色液体。该燃料的基础是羟基硝酸铵,后者比瑞典的推进剂更有效率。“让我感到兴奋的是它的性能。”加州博尔德市Ball航天技术公司该项目负责人ChristopherMcLean如是说。

Ball公司正在构建NASAde绿色推进剂加注任务。一个耗资4500万美元的飞船计划将于2015年发射,承载14.2公斤的空军燃料。它的5个引擎将在数月里用于不同的操作,以测试其如何可靠地推进飞船。

McLean称,如果新型推进剂可以有效工作,它将使目前做起来很昂贵的任务在将来变得可以承受。AF-M315E在零下80摄氏度的环境下经历了玻璃化转变,因此再对其加热将不会引起性能变化。这使其在超低温区域的任务中比肼更具吸引力,比如在彗星的表面或者火星的极点,因为肼需要其周围环境的温度高于其冰点,这很浪费能源。

肼不会在一夜之间被取代。在油罐和推进器中使用肼由来已久,飞船工程师非常习惯使用这些零件。Hawkins称,新的推进剂必须在证明其可靠性和性能后才能使用,这需要实验。

不过ECAPS的首席工程师KjellAnflo表示,变革正在来临,“我们只是刚刚开始”。

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第二次世界大战期间,德国空军首次在火箭发动机中使用肼类燃料,这种燃料至今仍是星载推进器上的主要推进燃料。

星载推进器在卫星在轨工作期间,用于轨道修正或位置保持。这是一种高性能的耐储存推进剂,也是“可自燃”的燃料,这意味着它在与氧化剂接触时或与催化剂放在一起时,能自发燃烧。这大大简化了航天器设计者的工作。

遗憾的是,肼类燃料也具有高腐蚀性,并含有剧毒。为航天器填注燃料时,地面工作人员穿着类似宇航服的保护设备,看起来更像宇航员,而不是工程师。这是处理当前肼类燃料必须采取的一种重要预防措施。肼一旦泄漏到环境中,能在几天内降解,但可能危害植物和海上生命,一旦泄漏,对人类也将造成伤害。

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