火箭燃料漫談

自從1926年世界上第一枚火箭發(fā)射成功以來．火箭就成為人類探索太空的必備工具，帶著人們的飛天夢想和希望，飛向遙遠而神秘的太空，那么，推動火箭升空的燃料有哪些？

液體火箭燃料

用來發(fā)射衛(wèi)星或飛船的火箭燃料要體積小、質(zhì)量小、產(chǎn)生的能量大，這樣才能減小火箭的質(zhì)量，將衛(wèi)星或飛船快速送上軌道．氣體、液體和固體燃燒都能釋放出大量的能量，產(chǎn)生很大的推力，然而相同質(zhì)量的不同燃料燃燒釋放出的能量并不相等，例如：1kg干木柴充分燃燒釋放出的能量約為1.2×107J；1kg酒精充分燃燒釋放出的能量約為3.0×107J;1kg汽油充分燃燒釋放出的能量約為4.4×107J;1kg氫氣充分燃燒釋放出的能量約為1.43×108J，是目前燃燒釋放能量最多的燃料（等質(zhì)量條件下）．但是，因為氣體不方便儲存，并且無法長時間持續(xù)燃燒．所以火箭一般采用液體燃料．有時也采用固體燃料．

火箭使用的液體推進劑通常包括液體氧化劑和液體燃料，液體氧化劑是幫助燃料燃燒的，可以是液態(tài)氧、臭氧、過氧化氫、四氧化二氮、無水高氯酸鋰等，液體燃料可以是液態(tài)氫、甲醇、乙醇、甲烷、煤油、偏二甲肼等．液體燃料能量密度高，容易實現(xiàn)流量控制，遇到緊急情況可以“剎車”，易于重復利用．能夠提高火箭的發(fā)射精度和可靠性．被廣泛采用.1926年3月16日，羅伯特·戈達德在美國馬薩諸塞州沃德農(nóng)場成功發(fā)射了世界上第一枚液體火箭（如圖1所示），雖然僅飛行了12.5m高.56m遠，歷時2.5s．但是采用的是液氧和汽油作為推進劑．

從理論計算看．最佳的液體燃料是液態(tài)氫．它與液氧按一定比例混合，燃燒釋放的能量大．生成無污染的水.1970年發(fā)射“阿波羅”登月飛船使用的起飛火箭就是將液態(tài)氫作為燃料的．我國“長征五號”系列火箭采用液氧煤油和液氫液氧作為推進劑（如下頁圖2所示），其環(huán)保、高效、可靠的優(yōu)勢引起了國內(nèi)外廣泛關注，在國際航天領域贏得了聲譽，為我國在太空探索領域贏得了國際認可，顯示出我國在航天領域的高水平和高能力．

固體火箭燃料

固體火箭燃料，顧名思義就是以固體物質(zhì)作為燃料，硼氫化鈉、二聚酸二異氰酸酯、二茂鐵及其衍生物等都可用作復合固體火箭燃料，我國“長征六號改”運載火箭是同體捆綁運載火箭（捆綁的助推火箭用的是固體燃料），“長征十一號”運載火箭是全固體火箭．

固體燃料的形狀并不是大家想象的圓棒，它的燃燒參數(shù)是靠燃料截面形狀來控制的，截面形狀不同，燃燒的快慢、瞬間推力都不一樣，有星形、雪花晶體形等復雜的幾何形狀，想要火箭發(fā)射精準．必須經(jīng)過精密的測算設計和制作，首先，將混合好的漿狀燃料倒入模具，就像蛋糕店做蛋糕一樣：其次，靜置一段時間排出空氣，再低溫烘烤固化；最后，進行人工雕刻修型，由于雕刻修型屬于不可逆過程，一刀切下去，稍有不慎就會造成劃痕過深，整個固體燃料柱就報廢了．并且燃料柱的化學性質(zhì)異?；钴S，修型操作就像躺在炸藥包上，一旦刀具不小心碰到殼體或摩擦力過大，產(chǎn)生的火花就會瞬間引起燃燒甚至爆炸，可見雕刻修型的難度和危險性有多大.0.5mm是燃料柱的截面精度所允許的最大誤差，而我國高級技師徐立平雕刻的精度卻可以控制在0.2mm以內(nèi)．一刀到位的絕技令人嘆為觀止，他被譽為“雕刻火藥的大國工匠”．

我國神奇的“冰箭”

“長征五號”是長征火箭家族身材最高、腰最粗、力氣最大的火箭，被稱為“冰箭”．它之所以被稱為“冰箭”，是因為它肚子里裝滿了深低溫液氫液氧燃料，其中液氫的沸點是-253℃、液氧的沸點是-183℃，它具有腰圍、身材、運力的“三高”．腰圍達到5m，最大身高約57m．相當于20層樓高．近地軌道運載能力達25t．絕對算得上“長征家族”里的“大個子”“大胖子”和“大力士”．運載能力的提升意義重大，它可發(fā)射20t左右長期有人照料的空間站、大型空間望遠鏡、返回式月球探測器、深空探測器、超重型應用衛(wèi)星等：可實現(xiàn)一箭多星發(fā)射，一次發(fā)射更多、更重、功能更全的衛(wèi)星，在完成相同發(fā)射任務的情況下．降低發(fā)射費用．另外，采用液氫液氧燃料．可以實現(xiàn)無毒無污染排放，為了讓“冰箭”不懼嚴寒，科研人員為其貯箱量身定做了一件“防寒服”．使其外表溫度一直保持在0℃以上，這樣火箭內(nèi)部的儀器、設備、電纜等都可以正常工作．

隨著火箭技術的不斷發(fā)展，火箭燃料的種類和技術也在不斷更新，固體火箭燃料雖然簡單易制造，但限制了火箭的使用范圍：液體火箭燃料雖然復雜．但是具有更好的可控性和可重復利用性．隨著科學技術的進步，期待更為先進的火箭燃料的誕生．