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水变油成真?NASA准备直接携带150吨水当载人火星任务的燃料!

水变油成真?NASA准备直接携带150吨水当载人火星任务的燃料!
2020年05月18日 13:15 新浪网 作者 易笙品美文

  水变油成真?NASA准备直接携带150吨水当载人火星任务的燃料!

  拿水当油烧,也就是所谓的“水变油”,可算一个很挑战人们的基本常识,却又经久不衰的“保留式”P局。当然,最终证明,这些让人入套的P局中,不是车辆上有两个油箱,就是有两套独立的电池系统。好在中学理化课程也教过,水是可以用直流电电解成氧气和氢气的;而氢气在氧气中燃烧,也可以再次变成水。而氢气在氧气中燃烧的发热量很大,用在火箭技术上,就是低温氢氧机。这是一种目前人类已经完全掌握的,单位比冲最大的液体发动机,特别适合作为上面级和深空探测的动力。瀚海狼山(匈奴狼山)以前的推文中也曾经提到过,目前人类火箭用的液氢,并非是电解水获得,而是主要从石油化工的尾气中提取。而液氧的获得则简单得多,可以直接压缩空气再分层蒸发就会得到大量的液氧。

  液氧的密度是1.14吨每立方米,这个密度比水略大,用起来问题不大。而且液氧的储存也比较容易,温度相对较高,不容易泄漏。但是液氧只是氧化剂,真正的燃料其实是液氢。而这位就相当的不好伺候了。因为液氢的密度居然只有70.8千克每立方米。只有水的14分之一,这等于14桶的液氢才有一桶水的重量。这导致当今的液氧液氢高能火箭发动机,其实内部70%的体积都是液氢储罐,而剩下的30%的体积才是液氧储罐和发动机的体积。更麻烦的还不仅仅是一个体积过大、质量太轻的问题。液氢的温度已经很接近绝对零度,因此极其容易蒸发,要保温必须具备很厚的保温层;还必须有一套附属的制冷设备随时降温,既费电又麻烦。氢原子是最小和最轻的原子,又非常容易泄漏。在地球附近使用的液氢火箭,

  都是在很短的时间内消耗完,不必附带制冷设备。而如果液氢长期储存,即使储存罐严密防止渗漏,也会每天泄漏至少千分之一。这等于不用三年就基本泄漏完毕了。而火星探测,快去快回也需要至少3到4年。这等于会在火星任务的来回路上,液氢燃料罐里的燃料巧合泄漏完毕。这是载人火星探测任务,面对的一个非常现实也急需解决的技术难点。目前已经执行的无人火星探测任务,都有去无回。也就是在地球附近把探测器用火箭加速到第二宇宙速度,然后进入地火转移轨道。在这期间,都只需要靠惯性飞行,并不需要消耗任何燃料。而飞行1年多后,探测器被火星引力捕获。由于火星引力比地球小很多,因此探测器只需要消耗少量的自带燃料就可以成功减速,成为火星的环绕卫星,然后就可以稳定的围绕火星进行综合探测。如果再需要往火星表面投掷巡视器,也只需要一套降落伞和气囊减速,基本不需要再消耗燃料。

  水变油成真?NASA准备直接携带150吨水当载人火星任务的燃料!

  但是载人探测火星就必须要考虑再返回。从火星表面起飞和到地球附近反推减速,都要消耗不少的燃料。这个过程还是比冲最高的氢氧机最合适,但是液氢却最怕长期蒸发。那么有人说了。如果载人探测火星返回时,用液氢这么麻烦,干嘛不用最平常的煤油等燃料。从地球起飞时,不是也采用了大推力煤油机吗?这个问题其实不难解释。这就是煤油当燃料,要完成同样的比冲,其消耗量是液氢的15倍。如果载人飞船从火星开始加速返回。需要至少600到800吨的煤油,而用液氢只需要45到55吨就已经足够。

  水变油成真?NASA准备直接携带150吨水当载人火星任务的燃料!

  未来30年,载人探测火星势在必行。于是NASA提出新方案。即在这类飞船脱离地球引力之后,飞船上干脆不再携带容器庞大而又危险的液氢,干脆只携带120吨的纯水。地球和火星之间的星际轨道距离太阳仍然足够近,太阳能还很强。就在来回3年的过程中用太阳帆板发电,再用电力电解水为氧气和氢气,然后分离压缩可以当返回的燃料。这个思路本身还是很有实际价值,不过也要考虑电解水设备万一失效,或者在太空生产液氢的过程中出现的加工风险。好在这120吨纯水,也可以作为飞船上的植物和人员的生命维持循环用水。若发现水源不足,则可以从地球再发射1到2个50吨的水罐,进行星际间加油,其实是加水!

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