更高效率低毒性易操作 绿色燃料何日一飞冲天

2010年发射的瑞典卫星PRISMA一直在测试一种更环保的方法来替代有毒的推进剂肼。

资料来源:南南合作

它看起来像夏敦埃酒，闻起来像玻璃清洁剂，能推动卫星。

它看起来像夏敦埃酒，闻起来像玻璃清洁剂，可以聚集起来推动卫星。这是瑞典制造的“绿色燃料”，它正迅速成为运行轨道航天器的可行燃料。与美国制造的推进剂一起，它成为肼的替代品，肼是一种有毒的化学物质，几十年来一直主导着航空航天工业。

瑞典推进剂目前正在推动一颗卫星上天，它可能被用于一些小型商业地球成像卫星。美国制造的燃料将在美国宇航局2015年的飞行测试任务中发挥重要作用。

这两种燃料效率更高、毒性更低，而且比肼更容易操作和使用，这意味着它们可以更容易和更低的成本装载到航天器上，因为工人不需要穿厚重的全身防护服。美国宇航局航天技术任务委员会副助理主任詹姆斯·罗伊特说，这种推进剂“从完全环保的角度来看不是绿色的”。"但是使用它会使工作变得容易得多."

绿色推进剂可能无法完全取代肼，肼是许多研究卫星和星际任务的支柱。它们不会取代通常用于发射火箭的强大燃料。然而，这些新燃料，其中一些更耐低温，可以实现更便宜和更灵活的任务设计。

自第二次世界大战以来，肼(N2H4)一直用于驱动火箭发动机。它不像汽油那样燃烧。催化剂使肼分解成氨、氮和氢，释放出化学能。这种燃料的价值在于，作为一种稳定的液体，它可以为小的轨道调整提供精确的推力。

然而，如果人们吸入或接触肼，一系列健康问题将会发生。美国国家毒理学计划将其归类为一种可能的人类致癌物。2003年，当哥伦比亚号航天飞机在返回途中解体时，残骸留在了德克萨斯州、路易斯安那州和其他南部各州。美国宇航局警告人们不要靠近或触摸碎片，部分原因是联氨暴露的风险。

1995年，瑞典国家空间委员会为寻找替代燃料提供了财政支持，这种燃料至少应该和肼一样有效，但需要更容易操作。总部位于瑞典斯德哥尔摩的ECAPS公司开发了绿色推进剂，该公司总裁马蒂亚斯·佩尔松说，更方便的推进剂有助于节省发射台的时间和金钱。

这种瑞典燃料被称为LMP-103(一种基于二硝酰胺铵的高能盐)。它于2010年首次在PRISMA上亮相，这是一颗瑞典卫星，旨在证明燃料可以用于小型推进器的精确工作。相比之下，卫星也携带肼。三名工人花了七天时间将绿色推进剂装载到发射台，而五名工人花了14天时间装载肼。

ECAPS目前正在寻求欧洲航天局对该推进剂的批准。法国航天局CNES正在考虑将它用于一些新的小型卫星。加利福尼亚州山景城的天空盒成像公司将在2015年发射第三颗地球成像卫星时使用这种燃料。"我们确实相信它在未来会有很大的潜力，特别是对于小型航天器."天空盒的总工程师乔尼·戴尔说。

绿色燃料不仅比每公斤肼更容易操作，而且更有效。这意味着一罐绿色燃料可以支持更多的工作。事实上，美国绿色推进剂的产生源于两个空军研究项目的重叠:一个是寻找下一代推进剂技术，另一个是研究极其耗能的材料。

结果是AF-M315E，一种鲑鱼色的液体，由加州爱德华兹空军基地空军研究实验室的化学家汤姆·霍金斯创造。这种燃料基于氢氧化铵，比瑞典推进剂更有效。“让我兴奋的是它的表现。”克里斯托弗·麦克林是位于加州博尔德的球空间技术项目的负责人，他说。

鲍尔正在建造NASAde绿色推进剂填充任务。一艘价值4500万美元的宇宙飞船计划于2015年发射，携带14.2千克空军燃料。它的五个引擎将在几个月内用于不同的操作，以测试它如何能够可靠地推进宇宙飞船。

麦克莱恩说，如果这种新型推进剂能够有效工作，它将使目前昂贵的任务在未来变得负担得起。AF-M315E在零下80摄氏度的温度下经历了玻璃化转变，因此进一步加热不会导致任何性能变化。这使得它在超低温区域的任务中比肼更有吸引力，例如在彗星表面或火星两极，因为肼要求其周围环境的温度高于冰点，这就浪费了能量。

联氨不会在一夜之间被取代。肼已经在油罐和螺旋桨中使用了很长时间，航天器工程师已经非常习惯使用这些部件。霍金斯说，新的推进剂只有在它的可靠性和性能得到证实后才能使用，这需要实验。

然而，ECAPS的总工程师谢尔·安福洛(Kjell Anflo)表示，这种变化即将到来，“我们才刚刚开始”。

(张冬冬)

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第二次世界大战期间，德国空军首次在火箭发动机中使用肼燃料，这种燃料仍然是星载推进器的主要推进燃料。

星载推进器用于卫星在轨运行期间的轨道修正或位置保持。这是一种高性能耐储存推进剂，也是一种“自燃”燃料，这意味着它在与氧化剂接触或放置催化剂时会自燃。这大大简化了航天器设计者的工作。

不幸的是，肼燃料也是高腐蚀性和高毒性的。当飞船装满燃料时，地面工作人员穿着类似太空服的防护装备，看起来更像宇航员而不是工程师。这是目前处理肼类燃料必须采取的一项重要预防措施。肼一旦泄漏到环境中，可以在几天内降解，但可能危及植物和海洋生物。一旦泄露出去，也会对人类造成伤害。

中国科学新闻(2013-09-05第三版国际版)