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中国“氢”力量蓄势待发 向更远的宇宙空间出发
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中国“氢”力量蓄势待发 向更远的宇宙空间出发

中国“氢”力量蓄势待发 向更远的宇宙空间出发 中国科技信息
2021-09-28
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累计连续稳定生产液氢35个小时，生产液氢35.55m³，额定工况透平膨胀机效率达80%，完成了变工况和自动调节考核，设计液氢产量为1.7吨/天，实测满负荷工况产量为2.3吨/天……

近日，中国航天科技集团有限公司六院101所研制的我国首套自主知识产权的基于氦膨胀制冷循环的氢液化系统调试成功并产出液氢，仲氢含量97.4%。该套系统包括透平膨胀机、控制系统、压缩机、正仲氢转化器等核心设备在内的90%以上的设备完全采用国产，填补了我国自主知识产权的液氢规模化生产方面的空白。
 

液体火箭发动机的从无到有


氢元素是宇宙中含量最高的元素，太阳系所有星球加到一起，有90%以上的重量都是氢元素，其他星系也是差不多。无论走到哪里，氢元素都是非常普遍的。如果未来用这样的物质作燃料，那将是取之不尽用之不竭的。

自从18世纪化学之父拉瓦锡给氢命名以来，人类对氢的研究已有200多年的历史，一直以来科研人员都致力于通过提高氢的密度将其储存，以此提高氢能利用的效率。但是氢具有元素重量最轻、原子半径很小、易燃易爆等特点，储存难度较大，研发进度缓慢。

1969年12月3日，第七机械工业部批复成立067指挥部，宣告了中国液体火箭发动机研制基地的正式诞生。

无论是过去的067指挥部、067基地，还是现在的航天科技六院101所，都是航天科技工业体系中的重要成员，承担着“发展航天，动力先行。打造一流动力，建设航天强国。”的神圣使命和崇高责任。
 


而发动机是助推航天发展的一个最重要的核心，长征五号突破了大功率氢氧发动机等系列关键核心技术，起飞推力突破千吨级，近地轨道的运载能力达到25吨，比现役长征三号甲系列火箭运载能力提高了2.5倍以上，是国内运载能力最强的火箭。火箭上配备了3种全新大推力发动机，分别摘得我国“最大推力液氧煤油发动机”“最大推力氢氧发动机”“比冲性能最高的火箭发动机”3个桂冠。

长征五号被称为“冰箭”，这缘于长征五号“肚子”里满满的深低温液氢液氧燃料，其中液氢温度达-253摄氏度、液氧达-183摄氏度，几乎达到了温度的极限。这是长征五号的另一个突出特点，填补了我国大推力无毒无污染液体火箭发动机的空白，实现了绿色环保的研制理念。

正是长征五号的首飞成功，标志着我国已经跨入世界大吨位火箭发射行列，将显著提升我国进入空间的能力，推动航天发射综合能力实现历史性跨越，是我国由航天大国向航天强国迈进的重要基石。
 

长征五号氢氧发动机中的液态氢燃料能量有多大？


近年来，101所还围绕氢能基础设施领域，开发了航天科技集团首套标准化模块式加氢站，研制建设了我国首座液态储氢加氢站，研制开发了我国首套重型车辆用车载液氢供气系统，完成国内首例车载液氢瓶火烧和爆破试验，为氢能产业发展提供了有力支撑。
 


氢燃料又称为液态氢燃料。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境。使用液氢液氧作为推进剂，燃烧后产生的是水，真正实现了无毒无污染零排放；另一方面，液氢液氧燃烧产生的推力十分巨大。世界航天大国都投入巨资研发液氢液氧发动机，是否掌握低温技术，更是衡量一个国家能否成为航天大国的重要标志。


液氢燃料卡脖子状态已成为过去式


2008年，法液空与中国氢能产业因“长征五号”航天项目而结缘，为“长征五号”提供液氢燃料。

双方的合作形式是国内在海南省文昌市成立蓝星(海南)航天化工有限公司，引进法液空的冷箱设备和配套相关设备。


蓝星化工

目前蓝星航天拥有国内最大的装置规模和产量的液氢装置，是长征五号和长征七号运载火箭唯一一家火箭燃料配套保障单位。
在国内航空发动机技术的落后和氢液化设备的落后的困难时刻，西安交通大学和北京航天试验研究所宣布正在合作开展大型氢液化装置和高效氢、氦透平膨胀机的研发工作。功夫不负有心人。2021年9月20日，北京航天试验研究所正式宣布国内首条氢液化生产线调试完成，成功投产。
 

现代汽车集团



而与此同时现代汽车集团也将在2028年率先成为全球首个旗下所有商用车型均搭载氢燃料电池系统的汽车制造厂商。继北京、上海后，广东也入围了全国首批燃料电池汽车示范应用城市群。氢燃料电池车已从实验室的幕后走到市场的前台，燃料电池汽车的舞台也变换了。

“火箭的运载能力有多大，航天的舞台就有多大。”中国工程院院士、国家航天局原局长栾恩杰说，运载火箭技术水平不仅代表一个国家自主进入空间的能力，也体现着其最终利用空间和发展空间技术的能力和水平，是一个国家航天能力的基础。这一成就也将带动测控通信、导航控制、人工智能以及宇航材料器件等多个领域的技术创新和能力提升。
 
而在今年5月，国家出台了《氢能汽车用燃料液氢》、《液氢生产系统技术规范》和《液氢贮存和运输技术要求》三项国家标准，将于11月1日起实施。三项标准，实现了我国液氢产业民用领域标准“零”突破，为液氢产业进入市场化发展提供了重要支撑。

我国作为世界第一大产氢国，只有打通氢能产业储、运“任督二脉”的技术限制，大幅降低氢气成本，进行市场化竞争，氢能社会才能真正到来。

 

郭旭旭/文

图片均来源网络


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