火箭燃料“裝”在“暖水瓶”里？

1981年4月12日，美國(guó)佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射場(chǎng)一陣轟鳴，哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在火箭的攜帶下沖天而起，絕塵而去。哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)是第一個(gè)采用新型“助推劑”的航天器。這次航天飛機(jī)試飛取得成功后，新型“助推劑”？？液氫就成為各航天器發(fā)射的主要燃料了。為什么要采用液氫作為航天器的主要燃料呢？

氫普遍存在于自然界中，有“生命之源”之稱的水（H2O），就是由氫原子與氧原子結(jié)合而構(gòu)成的。氫極易在空氣中燃燒。除核燃料之外，氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的。每千克氫燃燒后的熱量，約為焦炭的4.5倍，汽油的3倍，酒精的3.9倍。如果把海水中的氫全部提取出來(lái)，它可產(chǎn)生的熱量甚至比地球上所有的化石燃料（包括煤、石油、天然氣等）放出的總熱量還大9000倍。氫的燃燒產(chǎn)物是水，因此，氫能是世界上公認(rèn)的最潔凈的能源。

火箭升空

氫如此可貴，可是卻不能像煤、石油和天然氣那樣直接從地下開采。在自然界中，氫主要以和氧結(jié)合成水的形式存在，也不能直接為人們所用。因此為了得到氫，人們用熱分解或電分解的方法把氫從水中分離出來(lái)。但這種方法需要耗費(fèi)大量的煤、石油等化石能源，制取的成本很高?？茖W(xué)家們一直在進(jìn)行探索其他的獲得氫的方法，比如利用太陽(yáng)能來(lái)制取氫、利用能夠產(chǎn)生氫的細(xì)菌等。

制取的氫在常態(tài)下是氣體，而且在空氣中很容易燃燒。大量氫氣在空氣中燃燒，會(huì)引起爆炸，非常危險(xiǎn)。因此如何安全存儲(chǔ)和運(yùn)輸氫，是氫能開發(fā)的關(guān)鍵之一。

最普通的貯氫方法是高壓氣態(tài)儲(chǔ)存法，就是利用瓶子將氫氣儲(chǔ)存起來(lái)。但由于氫氣的密度小，0.5千克的氫氣要儲(chǔ)存到特制的40升鋼瓶里需要150個(gè)大氣壓的高壓。目前，國(guó)際上已經(jīng)有可承受壓力達(dá)8000萬(wàn)帕的輕質(zhì)材料儲(chǔ)氫瓶。對(duì)于固定地點(diǎn)的大量貯氫，比如制取氫氣的工廠，可以采用地下貯存的方式，利用密封性好的氣穴，采空的油田或鹽窟等。這種方式只花費(fèi)氫氣的壓縮費(fèi)用而不需要貯氫容器的投資，可以大大的降低貯氫的費(fèi)用，比較經(jīng)濟(jì)、安全，但是需要找到合適的地質(zhì)、地理?xiàng)l件，并研究出良好的地下封口方法。

由于發(fā)射火箭所需要的氫非常多，運(yùn)用這種高壓氣態(tài)存儲(chǔ)方法并不適合。于是科學(xué)家們想如果有個(gè)方法能夠把大量的氫氣“變形”存儲(chǔ)起來(lái)就好了。20世紀(jì)初，英國(guó)物理學(xué)家杜瓦按照裝開水的暖水瓶的原理（在鐵殼里放一個(gè)雙層之間真空鍍水銀的保溫玻璃瓶），發(fā)明了儲(chǔ)運(yùn)液氫的高度真空絕熱的“杜瓦瓶”，從而使低溫液氫儲(chǔ)存（又稱深冷液化儲(chǔ)氫）成為可能。這種方法是將氫氣冷凍至-252.72℃，使其變?yōu)橐后w。液態(tài)氫密度高，體積小，可以通過(guò)加壓的方式將他們灌至特制的深冷杜瓦瓶中。這就是為什么要把火箭的燃料“裝”進(jìn)“暖水瓶”中儲(chǔ)存的原因。但是，這種存儲(chǔ)氫氣的方法非常昂貴，目前也只能運(yùn)用于存儲(chǔ)火箭的燃料。