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美国延迟登月只因它!中国基本实现国产化!液氢不仅要上天!

日期:2022-09-09    来源:国际能源网/氢能汇

能源资讯中心

2022
09/09
09:26
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关键词: 液氢装备 液氢泄漏 液氢球罐

美国国家航空航天局(NASA)当地时间9月3日再次宣布推迟新一代登月火箭“太空发射系统”的发射。NASA称发射前大约三小时,在向火箭输送燃料时出现液氢泄漏问题,任务团队尝试解决这一问题但未成功,因此决定推迟发射。这不是NASA第一次因为液氢泄露而推迟发射。

命运多舛的阿尔忒弥斯

美国此次登月火箭名为“太空发射系统”(Space Launch System,简称SLS),这是一种从航天飞机演变而来的超重型运载火箭,是由NASA设计,计划载人任务为主。从2011年开始研发,2015年进入建造阶段,2019年完工。但之后就一直事故多发。

2022年4月14日,美国国家航空航天局发布消息称,由于移动发射装置出现燃料泄漏,推迟点火测试。

4月18日,据法新社报道,太空发射系统在佛罗里达州发射场接受首次测试却失败,将返厂维修。6月18日至20日,“太空发射系统”第四次发射演练,其间一波三折,出现燃料泄漏、倒计时意外中断等问题。

7月20日,NASA宣布,太空发射系统拟最早于8月29日搭载“猎户座”飞船升空,执行“阿尔忒弥斯 1”无人绕月飞行测试任务,若无法实现,则拟于9月2日或5日发射。

8月29日,太空发射系统进行首次试飞。这枚98米高的火箭将开始为期42天的月球往返之旅,其中将搭乘3个装有仪器的人体模型。但就在发射前48小时倒计时开始后,发射场遭遇雷雨天气,发射台3次遭雷击。

发射时间改在了9月3日,但是就在发射前,NASA又因为液氢泄露问题取消了发射计划。

“太空发射系统”芯级采用液氢液氧燃料,助推器使用固体推进器,与航天飞机极其类似。斯坦福大学教授、前宇航局高管斯特科-哈巴德表示:“太空探索的未来将依靠可靠的液体燃料技术。”

NASA和美国能源部(DOE)在今年8月18日曾经举办过一场液氢研讨会,重点介绍了新的液氢球罐的相关信息。当时肯尼迪航天中心的高级首席研究员詹姆斯·费斯米尔(James Fesmire)谈到了新的4700立方米液氢球罐。他说,新的液氢球罐可以容纳333吨液氢,预计将于2022年底完成,并将支持阿耳特弥斯登月任务。

费斯米尔首先讨论了美国宇航局液态氢的使用历史,液态氢在最初的土星5号火箭发射和后来的阿耳特弥斯太空发射中提供了支持。随着更多的太空发射,美国国家航空航天局寻求额外的液氢存储能力,以建立在其已经广泛供应的基础上。费斯米尔说:“我们有8000立方米的液氢总存储能力,该额外的存储系统于2018年开始建设。”

费斯米尔说,大规模储存液态氢有三个主要好处,“第一是能量密度高。第二,一旦这种液体被生产出来,就有了利用的能力,例如自加压,或将其转移到较小的容器中。根据容器的设计,它可以自加压到1000-2000巴甚至更高。第三,燃料电池用的是超高纯度的氢,这样就不会搞砸。液氢拥有高纯度,最高纯度。”

他在那场研讨会中最令人印象深刻的陈述是液态氢在球体中的规模的概念化。费斯米尔解释说:“一个10平方米的小空间可以容纳30吨氢气。如果你想以气体的形式存储,700巴的情况下,它会占用相当于埃菲尔铁塔底部的面积即大约500平方米。”“而此时,用来存储的高压气瓶的重量几乎相当于埃菲尔铁塔的重量。什么是合理的,什么是有效的,通过这一惊人的对比即可一目了然。”

显然,这种非凡的储存方法可以让氢气以高容量储存。

但是显然装备制造商没有给NASA面子,导致发射推迟。

中国液氢装备国产化超九成

我国航天事业在近几十年来发展迅猛,随着火箭发射变得越发频繁,各种航空配套设施的需求也在增加,有消息说,长征五号所用氢燃料就全靠进口,法国人更是控制着中国航天的命脉。这件事很让人揪心,那我们就来看看到底是怎么回事。

长征五号系列运载火箭是我国新一代火箭,运载能力十分强大,近地轨道的运载能力达25吨。其火箭发动机采用的推进剂主要为液氧、液氢和煤油,所以相比于其他火箭,长征五号更具有无污染性。

液氢虽然是种清洁能源,但很考验储存技术,因为它的沸点是-252摄氏度,这就要求装备液氢的设备绝热效果要好,更不能导热,否则液氢储存装置很有可能会在运输的过程中发生爆炸。由于我国早期的液氢制造技术不成熟,所以产能始终跟不上战略发展需求。

美国的氢能产业发展较早,并实施了技术封锁,限制美国本土液氢制造企业和盟友液氢制造公司对中国出口相关设备和技术。

随着我国航天事业的急速发展,对液氢燃料的需求也在增加。我国在研制长征五号运载火箭时,蓝星航天与法国的液化空气集团展开了合作,从法国购买了液化空气的冷箱设备和配套的德国凯撒公司的压缩机,以满足航天领域对氢燃料的迫切需求。但是从法国引进的氢液化设备的产能并不高,液氢工厂每天只能完成2吨的产能。

这个产能相比于其他欧美国家太低,每月总产能只相当于其一天的产能。而且我国只有三座液氢工厂,分别是海南文昌、西昌基地和北京101所,难以跟上我国航天事业迅猛发展的需求。由此来看,法国如果断供液氢制造设备,依靠氢燃料提供动力的火箭发动机就会面临能源供应紧张的问题,进而影响我国航天事业的发展。

我国做出了独立制造氢液化设备的决定。2021年9月,我国航天六院历时400多天突破了氢液化设备的核心技术,实现了液氢制造设备90%以上的国产化。据悉,自主研制的氢液化系统能连续稳定生产液氢35个小时,满负荷工作的情况下,每天的产能可达到2.3吨。

现在随着我国氢液化设备走向国产化,即便法国不向中国出口相关设备,中国也不害怕受制于人。

现在航天六院还在液氢的储存、运输上加大了研发力度,并与各大高校和企业联合研制出了重型卡车车载液氢供氢系统,为氢能产业面向更广大的市场做出了铺垫。

9月1日,甘肃省酒泉市人民政府发布了《酒泉市“十四五”能源发展规划》,里边有这样一句:发挥酒泉新能源产业优势,鼓励发展可再生能源“绿电制氢”、工业副产氢、下游化工企业用氢、卫星发射液氢燃料、敦煌旅游景区氢燃料电池汽车等产业,努力把酒泉打造成西部地区最具影响力的绿色氢能综合利用基地。

我国液氢除了满足航空航天器发射的需求之外,也将逐渐走入产业化阶段。

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