Science 版 (精华区)

发信人: emacs (In the Name of Love), 信区: Science
标  题: 元素·气体·火箭燃料
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年08月03日12:49:26 星期六), 站内信件



　　　　　　              火箭燃料



　　随着火箭时代的来临，液化气体的位置一下就提升到新的吸
引人的高度。火箭需要极端快速的化学反应来产生巨大的能量，
最方便的燃料形式就是液态的易燃混合物，例如酒精或煤油和液
态氧。氧或某种可取代氧的氧化剂，必须在任何情况下皆能被火
箭携带，因为当火箭一离开大气层时，就再也得不到天然氧气的
供给了。而且携带的氧必须是液态，这是因为液态比气态密度大，
而且液态氧压人燃料槽的量比气态的多。于是液态氧已成为火箭
上十分重要的东西。

　　燃料和氧化剂混合物的效率由比冲量来量度。比冲量就是火
箭发动机的推力（公斤力）与其喷出质点每秒重量流量（公斤/
秒）的比值。对于煤油和氧的混合物，其比冲量等于242。因为
火箭可携带的有效负载取决于比冲量，所以人们渴望寻找最佳燃
料组成。从这一观点看，最佳液态燃料是液态氢。与液态氧混合，
它可以产生大约等于350的比冲量。如果液态臭氧或液态氟用以
代替氧，那么比冲量可提高到大约370。

　　某些轻金属，例如锂、硼、镁、铝，尤其是铍，它们与氧结
合，可释放出比氢更多的能量。但是，其中一些金属是稀少的，
并在燃烧时都包含有技术的困难——冒烟、氧化物沉积等等。

　　还有起自身氧化剂作用的固态燃料（像火药是第一种火箭推
进燃料，但更加有效）。因为它们不需要分开供应氧化剂，而仅
需要由一种推进燃料来组成，这种燃料称为单推进燃料。还需要
氧化剂的燃料是双推进燃料。革推进燃料容易储存与掌握，燃烧
快速但可控制。主要困难可能在于如何发展单推进燃料，使其比
冲量接近双推进燃料。

　　另一种可能就是使用朗缪尔在他的喷灯中用过的原子氢；已
经计算出氢原子再结合成分子所放出的能量，可使火箭发动机产
生超过1300的比冲量。主要的问题是如何储存原子氢，到目前最
有可能的希望似乎是在氢的自由原子形成之后，马上给予极快速、
极彻底的冷却。美国国家标准局的研究似乎指出，如果在极低温
度下，把自由氢原子俘获在固态物质——比方冻结的氧或氩中，
那样最好保存。比方说，如果我们一推按钮，就能让冻结的气体
开始变热而蒸发，那么氢原子会释放出来重新结合。即使这类固
体所能囚锢的自由氢原子仅占其重量的10％，这种燃料也将比现
在我们所有的任何一种燃料都好。但是，温度当然必须确实很低
——远比液态氢的温度低。这些固体需要保持在一272℃左右，
仅仅比绝对零度高1度。

　　在另一方面，完全存在着驱动离子向后的可能性（而不是燃
烧燃料的排出气体）。微小质量的单个离子将产生极小的冲量，
但可持续很长时期。借助化学燃料的强烈而短寿命的力先将飞船
送入轨道，然后在实质上并无摩擦力的空间介质中，飞船在离子
长时期冲击的推动下。缓慢加速到近于光速的速度。研究这种离
子驱动最好的物质是铯，它很容易失掉电子而形成铯离子。于是
可以设置一个电场来加速铯离子并射出火箭喷口。




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