火箭燃料“逃逸”，中國“太空冰箱”出手解決

汽車、飛機、輪船……無論使用哪種交通工具進行長途旅行，都離不開中途加油。在太空中，燃料補給同樣至關重要。以載人火星任務為例，其所需的燃料總量遠超單枚最大火箭的運載能力，必須在近地軌道進行多次燃料加注。

然而，燃料一旦進入太空，便會面臨嚴峻挑戰：太陽輻射的熱量會導致燃料蒸發。為了最大限度減少這種寶貴資源的損失，科學家們正在測試一種革命性的零蒸發燃料罐（ZeroBoil-Off,ZBO），它搭載了先進的兩級主動降溫系統。

01

液氫儲存的太空困境

太空真空環境溫度可低至零下270℃，但要維持燃料罐的低溫卻異常困難。當陽光直射罐體時，由于缺乏空氣對流散熱，熱量極易積聚。即使采用最復雜的被動隔熱系統（如多層鍍鋁聚酯膜），也難以完全阻止溫度上升。

液氫（沸點-252℃）和液氧（沸點-183℃）是航天器最常用的推進劑。在陽光照射下，液氫極易沸騰汽化。不斷產生的氫氣以及持續積累的熱量，最終會使燃料罐內壓力逼近臨界點。

為避免壓力過高引發危險，工程師通常會將燃料罐設計得比實際需求更大，為氣體預留空間。對于長期任務，則不得不定期進行“排氣”操作，主動釋放多余氣體。

但在失重環境下，簡單的排氣也變得極為復雜。氫氣以氣泡形式懸浮在液氫中，而非像在地球上那樣分層。執行排氣前，必須施加微小推力使推進劑沉底，通常需要啟動小推力的霍爾發動機而非主發動機。

零蒸發燃料罐的低溫系統正在做地面測試

這種排氣造成的燃料浪費絕非小數。據測算，使用現有被動隔熱儲罐，一年內蒸發損失的燃料量，可能相當于一次火星任務所需燃料的一半。而人類往返火星至少需要三年——這意味著，當前的太空燃料儲存技術，尚無法支撐載人火星之旅。升級為少蒸發（ReducedBoil-Off，RBO）或零蒸發（ZBO）系統勢在必行。

在失重狀態下，氣泡可以停留在水中

02

零蒸發燃料罐

主動出擊保燃料

近期，太空工程師成功測試了新型零蒸發燃料罐系統。它融合了多種主動技術，旨在徹底鎖住燃料：

01

推進劑噴射混合技術

將部分液態燃料以特定方式噴射回蒸汽空間，精準控制氣液界面的相變過程，能有效抑制燃料繼續汽化。

02

液滴注入技術

通過特制噴桿，將低溫燃料液滴直接噴射到蒸汽區域，促使蒸汽重新凝結成液體。

03

微重力挑戰

液滴形成和混合行為在失重下與地面截然不同。為此，國際空間站早在2017年就進行了超過30次ZBOT-1（零蒸發-1）實驗，專門收集微重力下的氣液混合數據。后續ZBOT-NC（研究不凝氣體影響）和ZBOT-DP（研究液滴相變）實驗將進一步深化認知。

國際空間站ZBOT-1實驗

04

罐上管制冷系統

這是系統的核心。工程師在燃料罐與外部鋁制隔熱層之間纏繞了兩層冷凝管道，將整個儲罐變成了一個“太空冰箱”。

在內層管道循環零下253℃的超低溫氦氣（略低于液氫沸點），直接維持罐內核心低溫。

在外層管道循環零下183℃的氦氣，隔絕外部高溫侵入。

這些循環的氦氣將吸收的熱量輸送至散熱器，最終以紅外輻射的形式將熱量直接排放到寒冷的深空中，實現高效散熱。

正在吊裝零蒸發燃料罐

（位于馬歇爾太空飛行中心）

當零蒸發燃料罐技術成功，意味著人類有望真正鎖住遠征星辰大海的“生命線”。它解決的不僅是燃料逃逸的難題，更是為深空探索——尤其是載人火星任務——掃除了一道關鍵障礙。

>End

本文轉載自“壹零社”，原標題《火箭燃料“逃逸”，中國“太空冰箱”出手解決》。

為分享前沿資訊及有價值的觀點，太空與網絡微信公眾號轉載此文，并經過編輯。

未按照規范轉載及引用者，我們保留追究相應責任的權利

部分圖片難以找到原始出處，故文中未加以標注，如若侵犯了您的權益，請第一時間聯系我們。

HISTORY/往期推薦

充滿激情的新時代，

充滿挑戰的新疆域，

與踔厲奮發的引領者，

卓爾不群的企業家，

一起開拓，

一起體驗，

一起感悟，

共同打造更真品質，

共同實現更高價值，

共同見證商業航天更大的跨越！

——《太空與網絡》，觀察，記錄，傳播，引領。

·《衛星與網絡》創始人：劉雨菲

·《衛星與網絡》副社長：王俊峰

·微信公眾號（ID：satnetdy）團隊

編輯：艷玲、哈玫，周泳、邱莉、黃榕、娜娜

主筆記者：李剛、魏興、張雪松、霍劍、樂瑜、稻子、趙棟

策劃部：楊艷、若?、李真子

視覺總監：董濘

專業攝影：馮小京、宋偉

設計部：顧錳、潘希峎、楊小明

行政部：姜河、林紫

業務部：王錦熙、瑾怡

原創文章轉載授權、轉載文章侵權、投稿等事宜，請加微信：15910858067

商務合作；展覽展廳設計、企業VI/CI及室內設計、企業文化建設及品牌推廣；企業口碑傳播及整體營銷傳播等，請加微信：13811260603

雜志訂閱，請加微信：wangxiaoyu9960

·衛星與網絡各分部：

成都分部負責人：沈淮

長沙分部負責人：賓鴻浦

西安分部負責人：郭朝暉

青島分部負責人：江偉

·衛星與網絡總部負責人：農燕

·會議活動部負責人：喬顥益、許克新、董今福

· 投融資及戰略層面合作：劉雨菲

·本平臺簽約設計公司：一畫開天（北京）文化創意設計有限公司

· 航天加（深圳）股權投資基金管理負責人：楊艷