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更高效率低毒性易操作 绿色燃料何日一飞冲天

SpaceX猎鹰重型火箭将于本月晚些时候搭载GPIM发射升空。它是20多颗卫星中的其中一颗,将作为STP-2任务的一部分发射,目前计划于6月24日发射。

这种瑞典燃料被称为LMP-103S(基于二硝酰胺铵的一种高能盐)。它在2010年搭乘PRISMA时首次亮相,PRISMA是旨在证实该燃料可用于小推进器精密工作的瑞典卫星。为了进行对比,该卫星也携带了肼。3位工作人员花费了7天将绿色推进剂加载于发射台,而加载肼则花费了5位工作人员14天的时间。

然而,它并不像排放油箱和填充新燃料那么简单。负责燃料的团队还必须设计一套全新的硬件

不过如果人吸入或者接触到肼,就会产生一系列健康问题。美国国家毒理学计划将其分类为一种可能的人类致癌物。当2003年哥伦比亚号航天飞机在返回途中解体时,碎片遗落在得克萨斯州、路易斯安那州和其他南部各州,NASA警告人们不要靠近或者接触残骸,部分原因在于肼暴露的风险。

据外媒报道,NASA计划在即将到来的SpaceX任务中测试一种新的,对环境更敏感的火箭燃料,希望它可以使未来的发射更环保、更高效。新推进剂是由美国空军研究实验室开发的,对于即将到来的火星之旅等这样的长期任务可能会产生巨大影响。

《中国科学报》 (2013-09-05 第3版 国际)

“GPIM有可能激发新想法和新任务,”科罗拉多州博尔德市Ball Aerospace的GPIM首席研究员 Christopher McLean谈到燃料问题时表示。它还可以允许更快的发射时间表,因为其不需要这种谨慎的预防措施。“航天器可以在制造过程中添加燃料,简化发射设施的处理,从而节省成本,”McLean解释说。

自从第二次世界大战后,肼一直用于火箭引擎驱动。它并不会像汽油那样燃烧,一种催化剂会引发肼分解成为氨、氮和氢,该过程会释放化学能量。该燃料的价值在于,它作为一种稳定的液体,可以为小的轨道调整提供精密推力。

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它看起来像霞多丽酒,闻起来像玻璃清洗剂,并且能推动一颗卫星。

它被称为环保推进剂融合任务,如果即将进行的测试进展顺利将意味着意义重大。首先,它的更高性能可以让任务进入月球,然后在火星上更有效率。为了行进相同的距离,只需携带更少的燃料。然而,离地球较近的小型任务也可能受益。例如,发射新卫星的最大成本之一是火箭燃料。如果小卫星和立方体卫星发射可以使用GPIM,它们可以更好地解决尺寸和预算限制。

不过ECAPS的首席工程师Kjell Anflo表示,变革正在来临,“我们只是刚刚开始”。

目前,火箭和其他航天器通常使用肼类燃料,非常易燃 。然而,这种燃料的安全存储、管理和使用也非常困难。实际上,肼具有危险的不稳定性和剧毒性。它可以通过皮肤染毒和消化道吸收而引起急性中毒,并且在长时间暴露后可能导致神经系统损害,甚至可能出现更糟的后果。因此,处理燃料的NASA技术人员需要配备氧气罐和笨重的橡胶手套。

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  • 从油箱到推进器,以及过滤器、阀门和其他管道 - 以适应新的推进系统。结果是由Aerojet Rocketdyne为NASA开发的试验台,带有推进剂罐和1-Newton推进器等。

星载推进器在卫星在轨工作期间,用于轨道修正或位置保持。这是一种高性能的耐储存推进剂,也是“可自燃”的燃料,这意味着它在与氧化剂接触时或与催化剂放在一起时,能自发燃烧。这大大简化了航天器设计者的工作。

现在,NASA希望用替代品取代肼,其更容易处理,毒性更小。这种羟基硝酸铵与氧化剂的混合物在效力方面也具有很大优势:NASA表示,由于它更密集,因此性能提高了近50%。

结果就产生了AF-M315E,这是由加州爱德华空军基地空军研究实验室的化学家Tom Hawkins所创造的鲑肉色液体。该燃料的基础是羟基硝酸铵,后者比瑞典的推进剂更有效率。“让我感到兴奋的是它的性能。”加州博尔德市Ball航天技术公司该项目负责人Christopher McLean如是说。

ECAPS公司目前正在寻求欧洲空间局对该推进剂的批准。法国航天机构CNES则正在考虑将其用于一些新的小卫星;而美国加州山景城Skybox成像公司将在2015年发射第三颗地球成像卫星时使用该燃料。“我们确实相信它会在未来大有可为,特别是用于小航天器。”Skybox的首席工程师Jonny Dyer说。

发射于2010年的瑞典卫星PRISMA一直在测试一种更环保的方法,用于替代有毒推进剂——肼。

绿色推进剂可能不会完全取代肼,肼是许多研究卫星和星际间任务的主力。它们也不会取代通常用于发射火箭的强大燃料。不过这些新的燃料,其中一些更耐低温,可以实现更便宜和更灵活的任务设计。

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