2022年09月27日 星期二
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燃料电池如何应用到太空旅行

2022/5/27 17:15:577163

据国外媒体报道:航空机构对氢作为燃料或推进剂并不陌生。半人马座和阿波罗号的发射,甚至航天飞机都依靠液态氢将它们送入轨道。平均每次发射将燃烧超过500,000加仑的液态氢,在蒸发和转移过程中也将损耗239,000加仑。

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氢是一种高效的燃料,不会产生二氧化碳,但它会导致氮氧化物的产生。不幸的是,它不是长期任务或长途太空飞行的最佳选择。燃料电池可以弥补这一差距,让人类更容易在外太空度过更多的时间。

航天飞机上的燃料电池

航天飞机项目从1972年开始执行任务,直到2011年的最后一次飞行,将宇航员送入轨道执行130多次任务。他们利用氢燃料电池在轨道上为飞船提供动力。

航天飞机上包含96个独立的燃料电池分别装配在3个子堆栈中。这些子堆栈提供额外的冗余层。每个电池可以在15分钟内提供7,000到12,000瓦的功率,但是他们并非全部给航天飞机提供动力。一个单一的燃料电池系统足以让航天飞机保持运行,直到宇航员可以进行维修或返回地球。

不幸的是,这些燃料电池并不安全。燃料电池将电解质混合物储存在石棉基质中并含有氢氧化钾。这种腐蚀性化学物质可能会渗入石棉纤维,给在燃料电池周围工作的任何人带来健康问题。这项技术可能已经过时,但这并不意味着NASA已经完全放弃了燃料电池的想法。

燃料电池vs.动力电池

燃料电池和动力电池有什么区别?燃料电池可以发电,而动力电池只能储存电能。不过,它们确实有一些相似之处。有些动力电池可以反复充电,就像燃料电池可以加注燃料一样。

燃料电池,尤其是以氢为燃料的电池,在外太空也能更好地工作。连续产生250瓦功率的二次电池可能只能工作一两个月。相比之下,同样大小的燃料电池堆可以产生一到两年的电能。这对于长期的太空应用来说是无价的,因为每一公斤货物的发射都要花钱。

太空旅行用氢燃料电池

欧洲航天局 (ESA) 与加拿大航天局 (CSA) 和日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 一起,已经在研究可以送入太空的氢燃料电池。HERACLES(用于月球探索和科学的增强型机器人架构)是一项计划中的机器人任务,它将把欧洲大型物流着陆器 (EL3) 放置在月球表面。

除了收集有关月球的信息外,该着陆器还将为美国宇航局2024年或2025年的阿尔特弥斯任务提供支持服务。

HERACLES将配备可再生燃料电池。这个闭环系统从水中产生氢和氧。之后,这些元素被反馈到燃料电池中产生电力,再次产生水。然后系统可以回收水,重新开始循环。它将能够产生所需的热量和电力。

仰望星空

人类正在进一步探索宇宙,需要更好的燃料选择来在寒冷中保暖并提供光照。氢燃料电池是当今可用的最佳选择之一,并且具有更大的未来潜力。