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我們平時(shí)形容一個(gè)人牛叉，總會(huì)說(shuō)你怎么不上天！近日，世界首富、亞馬遜CEO杰夫·貝佐斯就牛到天上去了，他乘坐液氫燃料火箭進(jìn)入太空又安全返回。
傳統(tǒng)火箭使用的是普通航空煤油、偏二甲肼和四氧化二氮等推進(jìn)劑，存在著燃燒不充分以及推力不足的問(wèn)題，甚至?xí)a(chǎn)生大量有毒氣體。而液氫燃料飛船在起飛時(shí)幾乎沒(méi)有碳排放，留下的只有廢氣和水蒸氣?？紤]到氫能的安全性和環(huán)保性等特性，我國(guó)在氫能的應(yīng)用方面也已經(jīng)走在了世界前列，其中就不乏一些高端領(lǐng)域，如長(zhǎng)征五號(hào)火箭等。
氫是宇宙中最為豐富的元素，氫能則是由氫元素在物理與化學(xué)變化過(guò)程中釋放的能量。作為能源，氫能有著極具競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)：
生態(tài)友好性。與傳統(tǒng)的化石燃料不同，氫氣和氧氣可以通過(guò)燃燒產(chǎn)生熱能，也可以通過(guò)燃料電池轉(zhuǎn)化成電能。而在氫轉(zhuǎn)化為電和熱的過(guò)程中，只產(chǎn)生水。
利用高效性。氫氣不僅來(lái)源廣泛，還具有導(dǎo)熱良好、清潔無(wú)毒和單位質(zhì)量熱量高等優(yōu)點(diǎn)。相同質(zhì)量下的氫所含熱量約是汽油的3倍。
儲(chǔ)運(yùn)方式靈活便利。與化石燃料不同，氫能是二次能源，可以通過(guò)分解天然氣、石油、煤和水來(lái)制造。而除了氣態(tài)，氫氣還能以液態(tài)或固態(tài)氫化物出現(xiàn)。
綜合眾多優(yōu)勢(shì)，氫能受到了廣泛青睞。根據(jù)國(guó)際氫能委員會(huì)與麥肯錫聯(lián)合發(fā)布的報(bào)告，目前已有30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)布了氫能發(fā)展路線圖，到2030年，全球在氫能項(xiàng)目上的投資將達(dá)到3000億美元。
我國(guó)在高端領(lǐng)域?qū)淠艿膽?yīng)用非航天莫屬，說(shuō)起長(zhǎng)征五號(hào)一些人并不陌生，它執(zhí)行過(guò)天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器、嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器、我國(guó)空間站天和核心艙等一系列發(fā)射任務(wù)，是航天火箭系列的“明星”和“功臣”。它與傳統(tǒng)火箭最大的不同在于，使用了液氫和液氧發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。
長(zhǎng)五于2006年正式立項(xiàng)研制。2016年11月3日首飛成功，2020年11月24日4時(shí)30分，長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭將嫦娥五號(hào)探測(cè)器送入地月轉(zhuǎn)移軌道。
可以說(shuō)，長(zhǎng)征五號(hào)的研制成功，標(biāo)志著中國(guó)運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代，是由航天大國(guó)邁向航天強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵一步，使中國(guó)運(yùn)載火箭低軌和高軌的運(yùn)載能力均躍升至世界第二。這也是我國(guó)航天領(lǐng)域?qū)淠軕?yīng)用的一大突破。
長(zhǎng)五25噸的運(yùn)載能力，可以一次將16臺(tái)小轎車送入太空。作為我國(guó)目前研制中運(yùn)載能力最大的火箭，長(zhǎng)五還有個(gè)形象的稱謂，叫“冰箭”。這源于其首次采用零下252℃的液氫和零下183℃的液氧作為推進(jìn)劑。
氫能有很多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也很難馴服。長(zhǎng)五由我國(guó)科研人員花了10年時(shí)間研制成功的，克服了無(wú)數(shù)的技術(shù)難題，如氫氧燃料的研制、氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的研制、燃料儲(chǔ)箱的研制、儲(chǔ)箱液氫狀態(tài)低溫靜力試驗(yàn)等，突破了12個(gè)大項(xiàng)、200多個(gè)關(guān)鍵核心技術(shù)，氫能應(yīng)用難度可見(jiàn)一斑。
首先，氫氣密度低，在液態(tài)情況下密度只有煤油的十二分之一，導(dǎo)致比較大，不容易儲(chǔ)存，而且更易發(fā)生危險(xiǎn)。
其次，由于其溫度非常低，達(dá)到零下200多度，一旦遇到空氣，就會(huì)使空氣發(fā)生冷凝，容易堵塞管道，而且冰晶撞擊還可能導(dǎo)致氫氣爆炸。所以火箭發(fā)射前，必須使用非常復(fù)雜的工序清除火箭周圍的空氣，現(xiàn)在使用的是氦氣吹除法。液氫液氧十分不穩(wěn)定，一旦有液態(tài)的氣體遇到高溫物體，就會(huì)迅速沸騰，而氫氣沸騰是非常危險(xiǎn)的，容易導(dǎo)致火箭發(fā)動(dòng)機(jī)毀壞。而接觸的高溫物體就是氫泵，必須做好冷卻工作。
即便氫能應(yīng)用技術(shù)難度很大，特別是在航天等高端技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)科學(xué)家還是在不斷攻堅(jiān)克難，取得了讓世界矚目的成績(jī)。
相信，隨著航天等高端領(lǐng)域氫能應(yīng)用技術(shù)的突破和成熟，這樣的“舊時(shí)王謝堂前燕”用不了多久就能以民用的形式“飛入尋常百姓家”。
