未来天玑|新火箭吃上了“压缩饼干”

太空与网络 2025-10-15 21:00:00 科技资讯 755 0

新火箭吃上了“压缩饼干”

火箭的“压缩饼干”

想象一下，把午餐换成同样重量的压缩饼干，体积瞬间只剩三分之一，却更顶饿。

电弧熔化器合成二硼化锰二硼化锰（MnB₂）这种新型高能化合物就是火箭的“压缩饼干”：同等推力下，它的体积只有传统铝基燃料的一半。同等体积下，它蕴藏的能量是现役最强火箭燃料的1.5倍，并且还稳定安全。如果火箭能用上这种新燃料，就能空出更多空间，使太空飞行更加高效。

杨伟强在寻找比钻石更硬的物质过程中找到了二硼化锰

化学燃料的新高峰

在航天领域，燃料的能量密度一定程度上决定了火箭能飞多远、能带多少载荷。二硼化锰（MnB₂）这种新型化合物大大提高了未来火箭燃料的能量密度。与目前固体火箭助推器中广泛使用的铝基固态燃料（用高分子材料把铝粉和氧化剂粘在一起，原理类似铝热剂）相比，二硼化锰按重量计算能量高出20%以上，按体积计算更是惊人地高出约150%，这是已知燃料中的最高纪录。

与固体燃料和液体燃料对比

新结构新物质

早在1960年，科学家就认为MgB2、AlB2、MnB2等二硼化物有作为高效燃料的潜力。可惜这东西一直存在于理论中，没人能造出来。纽约州立大学奥尔巴尼分校的化学家用3000℃的电弧熔炉，融化锰粉和硼粉压制的颗粒，再极速冷却。这会扭曲硼的晶格，变成稍微扭曲的六边形结构，这个结构像张压着重物的“蹦床”，依靠变形把锰原子锁在中间。这种过度压缩的结构让二硼化锰超级坚硬，压缩的化学键中也储存了庞大的能量。

计算机模拟的二硼（绿）化锰（紫）分子模型二硼化锰里虽然含有很高的能量，却很安全，蜡烛的火焰都无法点燃。需要用煤油这样的引火剂才能点燃。一旦点燃，这些被压弯的“原子弹簧”会瞬间弹开，发出橙色的强光，释放远比普通金属燃料更高的能量。而且燃烧反应产物轻，不易堵塞发动机喷口，喷气速度更快，推力自然更猛。

亚稳态二硼化锰（红）与铝基燃料（橙）及其他二硼化物质量能量密度对比

优于常见固态推进剂

火箭推进剂的能量密度是衡量其性能的关键指标之一。目前常见的推进剂各具特点：液氢—液氧组合燃烧效率高，能量密度相对较大，但需要超低温储存；混肼-50与四氧化二氮组合性能较为稳定，使用相对方便；无水肼推进剂具有高能量密度、高比冲等优点，但存在毒性大、腐蚀性强等缺点；固体推进剂结构简单、密度大，但能量密度通常较低。近年来，液氧甲烷推进剂也因其清洁、成本低、更利于回收复用等优势受到关注。二硼化锰作为一种新型高能燃料，其能量特性优于目前常用的铝基燃料，为固体火箭推进剂提供了新的选择。