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第46章 未来主力(1 / 2)

冷湖火星营地沈星海对围着他的同学们说:“我先来说说比较常见的火箭燃料,首先是RP-1,这个RP-1是精制煤油的代号,R是REFINED,意思是精炼,P是煤油的首字母,1是标准号。

如果使用原始的煤油作为火箭燃料,因为煤油是混合物会分解和聚合,轻质量的成分会产生气泡,重质量的成分会产生沉积物,沉积在火箭发动机上,并阻塞狭窄的冷却通道,缺乏冷却则进一步提升了燃烧室的温度,加速了煤油的分解。

如此恶性循环,很快发动机就报废了,于是化学家造出来能抗热不分解的碳氢燃料,也就是航天煤油RP-1,RP-1曾助力土星五号火箭,完成了人类历史上的首次载人登月。

接着是液氢燃料,NASA的航天飞机靠液氢燃料带来了无数的荣耀和辉煌,精制煤油和液氢相互比较,各有优缺点。

如果单纯从能量的释放效率上计算的话,液氢的理论比冲约为460秒,绝对是最高的。第二是甲烷,它的理论比冲为380秒,而RP-1的理论比冲仅有360秒。

比冲是衡量航天发动机动力效率的关键指标,460秒不是指燃料在发动机一次性燃烧时间,而是在消耗单位重量推进剂的前提下,发动机能够保持规定推力的时长,这个时间越长,火箭就能飞的越高,那么燃料性能也就越好。

如果单从比冲上去衡量的话,液氢的性能明显高于甲烷和RP-1,当之无愧是最好的,甲烷相较于RP-1又有大约5%的性能提升,这也是之前NASA研发的航天飞机,以及我国长征5号系列火箭选择液氢作为主燃料的原因。

不过,我们也不能忽略一个现实,上面只是单纯的比较燃料燃烧的性能,没有考虑选择液氢需要付出什么样的代价。在1986年1月28日上午,美国斥巨资12亿美元研发的“挑战者号”航天飞机发射至太空,美国民众聚集在广场上,准备为航空飞机的发射欢呼,期待见证历史的时刻。

不料,在“挑战者”号升入上空的第73秒后,飞机外挂燃料箱突然爆炸,挑战者号变成了一团燃烧的巨型火焰,接着航天飞机在分叉的烟雾和火焰中解体,飞机碎片散落到各地,直到1小时后所有的碎片才完全散落至地面。

随着碎片残骸的掉落,挑战者号航天飞机上的7名航天员无一人生还!这其中航天飞机燃料仓的大量液氢难逃其咎。

液态氢的保存对温度的要求非常苛刻,氢的沸点是-253摄氏度,难以置信的是氢的冰点也就只有-259摄氏度,只比沸点低6度,可见氢想要以液体状态存在,温度就必须控制在-259摄氏度和-253摄氏度之间,温度高了液氢直接气化,温度低了液氢又会固化,这就为什么要求装载液氢的燃料仓在温度传递上高度绝缘,一旦燃料仓中氢的温差超过6度的话,后果不堪设想。

另外氢原子的密度和体积都很小,这使得氢原子具有很强的空隙效应,容易被吸入原子晶格中,聚集在不规则和晶格缺陷如同微孔和砂眼中的氢原子可以再次结合成氢分子,这样会导致材料脆变,造成金属出现微小裂痕,削弱了发动机燃料循环系统的整体强度,而航天发动机内部到处充斥着高压,当金属裂缝遇到高压,那么灾难又可能一触即发。

再有就是氢氧组合燃烧时温度高达3000摄氏度,这个温度太高了足够可用于熔融和切割一般金属,虽然绝大多数火箭发动机都搭载了循环冷却系统,但依然对发动机的金属材料有很高的要求,没有超高的材料学工艺,想在火箭中使用液态氢基本是不可能的!

最后液氢的密度只有70千克每立方米,而液态甲烷的密度是422.5千克每立方米,按这个数字计算火箭要装载等重的液态氢和液态甲烷,氢燃料仓的体积要大于6倍

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