未来天玑|火箭燃料“逃逸”，中国“太空冰箱”出手解决

太空与网络 2025-08-12 21:00:00 行业资讯 1403 1

火箭燃料“逃逸”，中国“太空冰箱”出手解决

汽车、飞机、轮船……无论使用哪种交通工具进行长途旅行，都离不开中途加油。在太空中，燃料补给同样至关重要。以载人火星任务为例，其所需的燃料总量远超单枚最大火箭的运载能力，必须在近地轨道进行多次燃料加注。然而，燃料一旦进入太空，便会面临严峻挑战：太阳辐射的热量会导致燃料蒸发。为了最大限度减少这种宝贵资源的损失，科学家们正在测试一种革命性的零蒸发燃料罐（ZeroBoil-Off,ZBO），它搭载了先进的两级主动降温系统。

液氢储存的太空困境

太空真空环境温度可低至零下270℃，但要维持燃料罐的低温却异常困难。当阳光直射罐体时，由于缺乏空气对流散热，热量极易积聚。即使采用最复杂的被动隔热系统（如多层镀铝聚酯膜），也难以完全阻止温度上升。液氢（沸点-252℃）和液氧（沸点-183℃）是航天器最常用的推进剂。在阳光照射下，液氢极易沸腾汽化。不断产生的氢气以及持续积累的热量，最终会使燃料罐内压力逼近临界点。为避免压力过高引发危险，工程师通常会将燃料罐设计得比实际需求更大，为气体预留空间。对于长期任务，则不得不定期进行“排气”操作，主动释放多余气体。但在失重环境下，简单的排气也变得极为复杂。氢气以气泡形式悬浮在液氢中，而非像在地球上那样分层。执行排气前，必须施加微小推力使推进剂沉底，通常需要启动小推力的霍尔发动机而非主发动机。

零蒸发燃料罐的低温系统正在做地面测试这种排气造成的燃料浪费绝非小数。据测算，使用现有被动隔热储罐，一年内蒸发损失的燃料量，可能相当于一次火星任务所需燃料的一半。而人类往返火星至少需要三年——这意味着，当前的太空燃料储存技术，尚无法支撑载人火星之旅。升级为少蒸发（ReducedBoil-Off，RBO）或零蒸发（ZBO）系统势在必行。

在失重状态下，气泡可以停留在水中

零蒸发燃料罐主动出击保燃料

近期，太空工程师成功测试了新型零蒸发燃料罐系统。它融合了多种主动技术，旨在彻底锁住燃料：

推进剂喷射混合技术

将部分液态燃料以特定方式喷射回蒸汽空间，精准控制气液界面的相变过程，能有效抑制燃料继续汽化。

液滴注入技术

通过特制喷杆，将低温燃料液滴直接喷射到蒸汽区域，促使蒸汽重新凝结成液体。

微重力挑战

液滴形成和混合行为在失重下与地面截然不同。为此，国际空间站早在2017年就进行了超过30次ZBOT-1（零蒸发-1）实验，专门收集微重力下的气液混合数据。后续ZBOT-NC（研究不凝气体影响）和ZBOT-DP（研究液滴相变）实验将进一步深化认知。

国际空间站ZBOT-1实验

罐上管制冷系统

这是系统的核心。工程师在燃料罐与外部铝制隔热层之间缠绕了两层冷凝管道，将整个储罐变成了一个“太空冰箱”。

在内层管道循环零下253℃的超低温氦气（略低于液氢沸点），直接维持罐内核心低温。在外层管道循环零下183℃的氦气，隔绝外部高温侵入。这些循环的氦气将吸收的热量输送至散热器，最终以红外辐射的形式将热量直接排放到寒冷的深空中，实现高效散热。

正在吊装零蒸发燃料罐（位于马歇尔太空飞行中心）当零蒸发燃料罐技术成功，意味着人类有望真正锁住远征星辰大海的“生命线”。它解决的不仅是燃料逃逸的难题，更是为深空探索——尤其是载人火星任务——扫除了一道关键障碍。

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