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NASA科学家想用水来制造太空火箭的燃料,车子也可以用

NASA科学家想用水来制造太空火箭的燃料,车子也可以用

由NASA前任首席科学技术员所领导的研究人员,正希望发射一架携带水作为燃料源的卫星。来自康乃尔大学(Cornell University)的研究小组,由Mason Peck所指导,想要他们的设备成为第1个鞋盒大小的"个人立方卫星(CubeSat)",来绕着月球转,只是要证明水成为太空船燃料源的潜力。水是一个安全而稳定的物质,即使在太空中也相当普遍,但也能在地球上找到更多的使用,作为我们在寻找的替代能源。

直到我们发展出曲速引擎(warp drive),或是其他的未来推进系统以前,太空旅行很可能要大大地依赖我们今天所使用的这类以推动燃料为主的火箭。它的运作是靠点燃火箭尾端向外喷出的气体,由于物理学定律,推动火箭向前行。这类的推进系统需要重量轻的卫星,而且携带大量的能源在一个小小的空间(高能量密度),以便于在很多年甚至数十年期间,持续发出强大的推进力,让太空船在轨道上。

安全也是主要的考量。把能源安装成小体积质量的燃料形式,意味着即使是最轻微的问题,也能造成灾难性的后果;如同我们最近所看到的SpaceX火箭爆炸。用卫星上任何不稳定的燃料形式,来把卫星推向轨道,可能对昂贵的硬体、甚至更糟的是人的性命,造成灾难。

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水是围绕这个安全问题的一种解决方法,因为它实质上是携带能量而不是燃料。康乃尔研究小组并不是计划使用水本身来做为推进燃料,而是使用来自太阳能板的电力来分解水成为氢气和氧气,然后把它们当作燃料。当这两种气体重新结合和点燃时,会产生燃烧或是爆炸,释放出它们在分解过程所接受的能量。这样的气体燃烧能够被用来驱动卫星向前行、增加速度、或是改变它的位置,不管在哪个行星或月亮的轨道里。

太阳能板有高度的可靠性以及没有移动的元件,是非常适合在零重力和极端的太空环境下操作。利用阳光来产生电流,然后允许卫星来积极地从事它的任务。传统上,这种能源被储存在电池里。但康乃尔的科学家想要藉由它来分解在卫星上的水,来做为卫星的燃料源。

地表外的电解作用

这项被提议的过程,是已知的电解作用,牵涉到透过通常含有可溶解电解质的水,来产生电流。这个过程把水分解成氧气和氢气,分别在2个电极被释放出来。在地球上,重力接着将气体分开,因此它们能够被收集和使用。然而,在零重力自由漂流的太空中,卫星必须使用来自旋转的离心力,来从溶液中分离气体。

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在以前,电解作用已经在太空中被使用,来为人类太空任务提供氧气补充,而不需要高压氧气储存槽;例如在国际太空站(International Space Station)。但与其在沉重负荷的火箭上,将水送进太空,我们也可能有一天从月球或小行星挖取水。如果在小说里使用氢气和氧气作为卫星燃料的方法证明可行,我们可以有现成的资源在太空中等着我们,这意味着它能够塑造,来为至少有几艘未来的太空船提供动力。

从卫星到汽车

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情况常常是如此。太空科技的发展正在促使有潜力的观念,来协助解决在地球上的重大能源问题。 电力是相当难储存的,而且当我们增加再生能源供给时,我们需要缓冲供给与需求。风力发电厂和太阳能发电厂真的是效率差的再生能源形式,不是因为生产科技的问题,而是因为我们经常无法以它们产生的能源来做任何有用的事。电网偶尔会挣扎于能源的供过于求。

作为在外太空的推进,解决办法可能涉及使用剩余电力来分解水成为氢气和氧气,这样就产生了可储存、可运送、有用的氢燃料形式物品。当需要能源时,它能够藉由与来自大气层的氧气再结合来释放。 这能够以燃料电池重新产生电力来完成,或是藉由在引擎内燃烧,或是氢气燃烧器。

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