彗星解码(十五)| 取暖→ 照明→ 发射: 煤在航天的高科技进化

文摘   2025-01-18 21:13   海南  
彗星解码
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      郭德纲有一段火箭与煤的相声:“我和火箭专家说,你那火箭不行,燃料不好,我认为得烧煤,煤还得精选煤,水洗煤不行。如果那科学家拿正眼看我一下,那他就输了。”这段话生动讽刺了外行对内行专业领域的无知和盲目自信。然而,“三十年河东,三十年河西”,随着航天科技飞速发展,如今已有“烧煤”的火箭了,将固体煤碳通过技术手段转化成煤基煤油,作为火箭推进剂,郭德纲得改改他的相声了。

      2023年4月2日,我国首次使用煤基航天煤油成功发射天龙二号运载火箭;2024年11月30日,我国首个商业航天发射场再次使用煤基航天煤油将长征十二号运载火箭成功送入太空。

     中国商业航天正式开启烧“煤”的太空征程!


煤的星际之旅:一遇火箭便化“龙”

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(长征十二号运载火箭一飞冲天)

“金鳞岂非池中物,一遇风云便化龙。”有“黑金”之称的煤,由深埋地底的古植物经过漫长演化形成,早期被用来取暖、烧饭。当煤遇上航天科技飞速进步的风云时,便如金鳞化龙,化为火箭燃料飞入太空。

传统的火箭推进剂,比如偏二甲肼,有剧毒。若能找到一种无毒且对环境友好的燃料作为替代品,那可是航天领域的重大创新。于是,煤进入了航天人的视线,聪明的中国航天人以煤炼油,生产出煤基航天煤油。

煤基航天煤油可不是过去用来点灯照明的煤油,虽然都叫作煤油,但它们的原料完全不同。照明用煤油是从石油中分离提取而获得的碳氢化合物混合物;煤基航天煤油是通过煤制油技术,将煤炭转化为适用于航天器的高性能燃料,的性能和用途非日常煤油所能比。


生产工艺与纯度:普通煤油生产工艺相对简单,成分相对复杂,含有硫、氮等杂质;航天煤油工艺复杂,在高温、高压环境下 ,通过多个环节的精细加工和一系列复杂的精炼提纯,纯度高、热值高。

燃烧特性:普通煤油闪点相对较低,热值也较低,燃烧时可能会产生一些杂质和污染物。航天煤油具有低硫,低芳、高闪点、高密度和高热值的特点,燃烧稳定且不易结焦。在相同体积下能够释放出更多能量,让火箭飞得更高更远。

性能要求:普通煤油性能要求相对较低,主要满足照明亮度等日常使用的基本需求。航天煤油需要满足严格的航天标准,具有良好冷却性能、流阻性能,以适应火箭发射时高温和高压的极端条件。

储存运输:普通煤油常温常压下即可储存运输。航天煤油对储存运输条件要求较高,需要在特定的温度和压力下储存,以防止变质。

(图片来源网络:天龙二号液氧煤油发动机产生独特的橘色尾焰)

     
煤基航天煤油:航天燃料中的新贵




2015年4月12日11时30分,世界第一台采用液氧煤基航天煤油的火箭发动机,在中国航天科技集团六院试验区展开整机热试车初步试验,取得圆满成功。这也是世界首次将煤基煤油应用于航天领域,意味着航天推进剂家族又多了一员,对保障我国高速发展的航天工业燃料需求,拓宽航天燃料供给来源,具有深远战略意义。



     2023年4月2日,天龙二号运载火箭发射成功开创了煤基航天煤油在航天领域飞行应用的里程碑。随着海南商业航天发射场首发成功,煤基航天煤油在商业航天领域的优势更加凸显。

经济性高:成本低廉,有效降低火箭发射整体成本。同时在煤炭石油价格波动的情况下可以相互轮换,合理压缩成本。

稳定性高:相对于石油提炼的煤油来说,不同生产批次生产的煤基航天煤油,质量一致性和稳定性非常好,从而贯穿于发动机研制、工艺检定,装配至火箭后飞行的各个环节,天地一致性良好,使用不容易出问题。

需求灵活:中国是世界上煤储量最高的国家之一,煤基航天煤油的原料来源广泛,产量高,完全适用商业发射场高密度常态化发射需求。

性能优异:能量密度高—比重大、高热值、高热安定性;对环境友好—硫、氮、芳烃含量低,凝固点低,特别适合用作大推力重型运载液体火箭发动机的主动力燃料,尤其是商业火箭发射。


长征十二号运载火箭的成功发射,验证了煤基航天煤油与我国新型泵后摆液氧煤油发动机的适配性能,为我国后续航天重大工程奠定坚实基础。以煤炭资源为根基,有效摆脱了我国航天领域长期以来对传统石油资源的过度依赖。

古代烧煤取暖,现代烧煤照明,当代烧煤发射!黑黢黢的煤,从地心之火完成了直冲云霄的星际之旅,得益于一代代科学家的努力。2024年11月,第十五届中国国际航空航天博览会上,海南商业航天发射场煤基航天煤油供应签约,展望未来,随着航天技术不断进步,煤炭必将在商业航天领域大放异彩。



文字:程   楠
编辑:蒋明霖
校对:王   柳
审核:范南虹

关键词:海南商发、海南国际商业航天发射中心、商业航天、首次使用、煤基航天煤油

               

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