NASA首次测试绿色火箭燃料,24日将随SpaceX重型猎鹰升空

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  联氨(hydrazine)是常见于人造卫星、火箭燃料的剧毒物质,随着航天技术日新月异,未来低毒性又高性能的绿色燃料有望将联氨取而代之,美国国家航空暨太空总局(NASA)指出,预计在本月24日,全新燃料与推进系统将随着SpaceX猎鹰重型运载火箭升空。

  

  火箭突破大气层、飞向宇宙所需的推力难以想象,其中在液体火箭引擎中,化学火箭推进剂是最常用的,燃烧室的推进剂与氧化剂燃烧后,会产生大量高温高压气体,气体膨胀之后再经过喷嘴加速,排出到外界以推动火箭向前飞行。

  而联氨与四氧化二氮混合物是最常见的推进剂,虽然能带来庞大推进力,但联氨是种高腐蚀性、易燃、易致癌的剧毒无色液体,吸入或是接触会导致眼鼻、口腔和呼吸系统灼伤,且联氨燃烧时也没有明显火焰,很容易蔓延到其他易燃材料,十分危险,工作人员处理时都要特别小心以免发生意外,厚厚的防护服、橡胶手套和氧气罐等严格安全措施必不可少。

  显然处理联氨过程十分繁杂,这也使得火箭发射准备时间随之拉长,对此为了缩短处理时间与提高安全性,NASA先前已推出下一代绿色燃料GPIM(Green Propellant Infusion Mission)任务,希望逐步取代传统的剧毒联氨。

  经过多年合作,NASA、美国空军和两家企业Ball Aerospace、Aerojet Rocketdyn也成功研发新燃料配方,推出由羟基硝酸铵(CTE Hydroxyl Ammonium Nitrate)和氧化剂混合而成的低毒性推进剂AF-M315E。

  全新的玫瑰色燃料不仅有望降低太空燃料对于生态环境的影响,GPIM研究员Christopher McLean也表示,新型燃料与对应的推进系统有两大好处,首先,我们可以一边制造太空飞行器一边填充燃料,进而减少成本与发射流程;其二,新燃料密度比联氨还要高,效率可以提高50%,未来能用更少的燃料,发挥出更大的动力。

  不过更换燃料并非易事,更换软件意味着硬件也要同时更新或改变,为了搭配新的燃料,团队也研制出全新推进器、油箱、过滤器、阀门,并在不发射状况下测试发动机性能和可靠性。

  搭配新型燃料与对应推进系统的SpaceX猎鹰重型火箭预计将在本月24日发射,这也是猎鹰重型火箭的第3次发射任务,其将携带20多颗卫星、NASA的深太空原子钟(Deep Space Atomic Clock)及太阳能帆Lightsail 2,也是美国空军的STP-2任务中的一部分。

  若测试进展顺利,未来在更高性能燃料的帮助下,太空任务效率有望提高,行进相同的距离下,能携带更少的燃料,也因为不需要经过像处理联氨一般复杂的过程,火箭发射时间也能大幅提前。

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