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为什么火箭的燃料“装”在“暖水瓶”里?
发表日期:2015-11-02 作者:徐超 【字号:

  1981412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(H2O),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。每千克氢燃烧后的热量,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(包括煤、石油、天然气等)放出的总热量还大9 000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。 

   氢如此可贵,可是却不能像煤、石油和天然气那样直接从地下开采。在自然界中,氢主要以和氧结合成水的形式存在,也不能直接为人们所用。因此为了得到氢,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。科学家们一直在进行探索其他的获得氢的方法,比如利用太阳能来制取氢、利用能够产生氢的细菌等。 

   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,0.5千克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。目前,国际上已经有可承受压力达8000万帕的轻质材料储氢瓶。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。这种方式只花费氢气的压缩费用而不需要贮氢容器的投资,可以大大的降低贮氢的费用,比较经济、安全,但是需要找到合适的地质、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。于是科学家们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(又称深冷液化储氢)成为可能。这种方法是将氢气冷冻至-252.72℃,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。但是,这种存储氢气的方法非常昂贵,目前也只能运用于存储火箭的燃料。 (本科普文章已被第六版《十万个为什么》收录)

火箭升空

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