由喬安娜·桑普森
2021年10月21日
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正是在10年前，美國國家航空航天局(NASA)的太空梭最後一次在美國著陸，標誌著歷史上最成功的太空計劃之一的結束。這是一艘與眾不同的飛船，太空梭像火箭一樣發射，像滑翔機一樣降落在地球上，將宇航員運送到太空並返回30年。
世界上第一個可重複使用的航天器由四個部分組成——太空梭本身，也被稱為軌道飛行器，加上一對固體火箭助推器和一個外部燃料箱。也許最容易辨認的是外部燃料箱，這個熟悉的橙色結構在太空梭起飛時的大多數影象中佔據主導地位。它超過15層樓高，是太空梭堆疊中最大的部分。
讓其標誌性橙色的絕緣泡沫噴罐的鋁結構阻止超級冷推進劑蒸發過快和冰從建立在外面,坦克的主要工作是供應約535000加侖的超級冷液態氫和液態氧太空梭的三個主要引擎。氫和氧是效能最高的推進劑組合之一，美國國家航空航天局甚至在太空梭專案之前就開始使用氫和氧。
20世紀60年代，美國國家航空航天局的1.5萬磅推力的二級火箭Centaur首次成功地證明了液氫作為火箭燃料的可行性。半人馬完成了幾項關鍵任務，為阿波羅計劃中使用的土星5號火箭鋪平了道路，這導致了20世紀60年代和70年代的成功登月。
“液態氫在20世紀50年代真正大規模起飛，主要是受到國防相關活動的推動。當NASA在20世紀60年代早期開始使用它的時候，對氫的需求與效能有關。NASA肯尼迪航天中心低溫測試實驗室首席研究員亞當·斯萬格向H2 View解釋道。
“對於火箭推進劑，你總是會使用液氧，然後你真的只有三種燃料選擇——氫，甲烷或天然氣，然後是我們稱為RP1的精煉煤油。在這三種組合中，液氫和液氧的效能最高。一旦你離開了大氣層進入了太空，從效能的角度來看液氧和液氫才是真正發光的地方。
“這就是為什麼土星5號的第二和第三級採用了這種結合。第一階段——每個人都會聯想到土星五號——有五個使用液氧和RP1的引擎。但第二和第三階段是液氫和液氧因為一旦進入太空我們就需要這種效能。這就需要我們在發射臺建立這些大型的，複雜的低溫儲存和傳輸系統。我們在肯尼迪為阿波羅建造了發射臺A和B。它們的佈局基本上是相同的，但它們需要相當大的液氫和液氧系統來為火箭提供燃料。”
液態氫仍然是美國太空探索的標誌性燃料，現在全世界的一個熱門話題是，它可以用來為未來的零排放商用飛機提供燃料。那麼，NASA今天是如何獲得氫氣的呢?未來的氫氣會是綠色的嗎?
“這是一個很好的問題，也是現在非常流行的話題，”Swanger回答說。
“佛羅里達州沒有大型的氫液化廠;雖然很久以前就有了。我們從墨西哥灣沿岸地區獲取液氫，阿拉巴馬州或路易斯安那州。它被卡車運到幾百英里以外的地方，到達發射臺。他們一波接一波地來，一次大約五艘。
“早些時候，他們實際上有液氫軌道車，所以他們把軌道直接穿過液氫罐，然後透過火車輸送液體。但由於某種原因，這種方法很快就過時了，自那以後，公路上的油罐車一直是首選的方法。
“但回到綠色氫的問題上，到目前為止，不，我認為我們購買的液體中很少有綠色的，如果有的話。現在，這是一個全球性的大話題。每一個部門都在推動向氫過渡，這是由這個潛在的未來驅動的，在那裡，你既可以生產氫，又可以使用氫，而且零碳排放。這是給你能力的唯一動力。
“我一直在想，從資訊的角度來看，我覺得我們，作為氫的技術社群和推廣者，在傳達宇宙給我們的氫是多麼特別的禮物方面做得還不夠好!事實上，這只是一個很好的巧合，我們有這個選擇。並不一定有一個燃料,可以建立和使用零碳排放,它正好是我們使用如果我們有意願,可以算出技術部分,我認為這是一個很重要的問題談論。”
NASA
目前，世界上大多數液態氫是透過一種稱為蒸汽甲烷重整(SMR)的過程產生的，這一過程會產生大量的二氧化碳。
“全球的目標是用電解槽取代SMR。從經濟上講，完全過渡還需要一段時間，因為SMR是一個完善的過程。但是氫有不同的顏色，所以你仍然可以使用SMR來捕獲二氧化碳，你得到藍色的氫。橋牌上的顏色會讓我們進入綠色。我認為它將很快接管，因為有這樣的推動力，以達到綠色的一面，”Swanger說。
“回顧太空梭專案，液態氫是一個非常小眾的東西。沒有多少行業使用它，它是如此遠離每個人的雷達，我認為沒有人真正關心它是如何產生的，因為它只是無關緊要的。現在完全不同了。”
除了用作火箭推進劑外，美國國家航空航天局還透過燃料電池對氫進行了進一步的研究。燃料電池曾用於阿波羅號和太空梭，作為太空中電力和水的主要來源。
“燃料電池是推動整個氫事業發展的關鍵技術之一，而NASA在燃料電池領域已經有一段時間了，”Swanger熱情地說道。
“與他們現在使用的燃料電池相比，阿波羅號和太空梭上使用的燃料電池體積很大，效率很低。現在你可以得到一些非常有效的，我可以放在這裡的桌子上。
“氫的驚人之處在於，它不僅能以液態形式在世界各地輸送大量能量，這是一種能源載體，而且它還能一直向下延伸到微使用層面，從個人汽車到火箭。”
“燃料電池是真正推動這一趨勢的因素，因為如果你製造出這些非常高效的燃料電池，讓它們非常小，非常划算，你真的可以把它們放在任何地方，只要你有氫氣可用。
“燃料電池不需要液體，它們只需要汽油。從液體使用的角度來看，液體本身並沒有很多最終用途。火箭發動機碰巧是少數幾個在最終使用時消耗液體的發動機之一。
“目前基礎設施是一個挑戰，我們正在努力建設，但如果你有了可用的氫，那麼你可以使用燃料電池為幾乎任何你想要的東西供電。因此，這確實推動了這一領域的加速和採用。”
在談到與目前廣泛使用的液化天然氣相比，氫的進一步挑戰時，Swanger繼續說道:“液態氫比液化天然氣溫度低得多，液化和處理時的能源消耗更大。這是很多社群現在正在努力的地方，想要弄清楚如何利用我們在液化天然氣儲存方面的知識，我們已經做了幾十年，並將其應用到大型液氫儲罐中，我們需要解決的差距是什麼。挑戰是存在的，但在我看來都是可以實現的。”
當美國國家航空航天局(NASA)展望即將到來的將美國宇航員送回月球的阿爾特彌斯(Artemis)任務時，氫將繼續發揮關鍵作用。美國宇航局正在對肯尼迪航天中心世界上最大的液氫儲存罐進行最後的潤色，該儲存罐將為太空發射系統(SLS)火箭提供燃料。在我們對NASA的採訪的第二部分找到更多關於這一點的資訊，將在下週的H2 View上播出。
