NASA科學家想用水來製造太空火箭的燃料,車子也可以用

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由NASA前任首席科學技術員所領導的研究人員,正希望發射一架攜帶水作為燃料源的衛星。來自康乃爾大學(Cornell University)的研究小組,由Mason Peck所指導,想要他們的設備成為第1個鞋盒大小的”個人立方衛星(CubeSat)”,來繞著月球轉,只是要證明水成為太空船燃料源的潛力。水是一個安全而穩定的物質,即使在太空中也相當普遍,但也能在地球上找到更多的使用,作為我們在尋找的替代能源。

直到我們發展出曲速引擎(warp drive),或是其他的未來推進系統以前,太空旅行很可能要大大地依賴我們今天所使用的這類以推動燃料為主的火箭。它的運作是靠點燃火箭尾端向外噴出的氣體,由於物理學定律,推動火箭向前行。這類的推進系統需要重量輕的衛星,而且攜帶大量的能源在一個小小的空間(高能量密度),以便於在很多年甚至數十年期間,持續發出強大的推進力,讓太空船在軌道上。

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安全也是主要的考量。把能源安裝成小體積質量的燃料形式,意味著即使是最輕微的問題,也能造成災難性的後果;如同我們最近所看到的SpaceX火箭爆炸。用衛星上任何不穩定的燃料形式,來把衛星推向軌道,可能對昂貴的硬體、甚至更糟的是人的性命,造成災難。

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水是圍繞這個安全問題的一種解決方法,因為它實質上是攜帶能量而不是燃料。康乃爾研究小組並不是計劃使用水本身來做為推進燃料,而是使用來自太陽能板的電力來分解水成為氫氣和氧氣,然後把它們當作燃料。當這兩種氣體重新結合和點燃時,會產生燃燒或是爆炸,釋放出它們在分解過程所接受的能量。這樣的氣體燃燒能夠被用來驅動衛星向前行、增加速度、或是改變它的位置,不管在哪個行星或月亮的軌道裡。

太陽能板有高度的可靠性以及沒有移動的元件,是非常適合在零重力和極端的太空環境下操作。利用陽光來產生電流,然後允許衛星來積極地從事它的任務。傳統上,這種能源被儲存在電池裡。但康乃爾的科學家想要藉由它來分解在衛星上的水,來做為衛星的燃料源。

地表外的電解作用

這項被提議的過程,是已知的電解作用,牽涉到透過通常含有可溶解電解質的水,來產生電流。這個過程把水分解成氧氣和氫氣,分別在2個電極被釋放出來。在地球上,重力接著將氣體分開,因此它們能夠被收集和使用。然而,在零重力自由漂流的太空中,衛星必須使用來自旋轉的離心力,來從溶液中分離氣體。

Young-Joon Seol Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM) demonstrates Bioprinting muscle tissue, Richard H. Dean Biomedical Building (A1).

在以前,電解作用已經在太空中被使用,來為人類太空任務提供氧氣補充,而不需要高壓氧氣儲存槽;例如在國際太空站(International Space Station)。但與其在沉重負荷的火箭上,將水送進太空,我們也可能有一天從月球或小行星挖取水。如果在小說裡使用氫氣和氧氣作為衛星燃料的方法證明可行,我們可以有現成的資源在太空中等著我們,這意味著它能夠塑造,來為至少有幾艘未來的太空船提供動力。

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從衛星到汽車

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情況常常是如此。太空科技的發展正在促使有潛力的觀念,來協助解決在地球上的重大能源問題。 電力是相當難儲存的,而且當我們增加再生能源供給時,我們需要緩衝供給與需求。風力發電廠和太陽能發電廠真的是效率差的再生能源形式,不是因為生產科技的問題,而是因為我們經常無法以它們產生的能源來做任何有用的事。電網偶爾會掙扎於能源的供過於求。

作為在外太空的推進,解決辦法可能涉及使用剩餘電力來分解水成為氫氣和氧氣,這樣就產生了可儲存、可運送、有用的氫燃料形式物品。當需要能源時,它能夠藉由與來自大氣層的氧氣再結合來釋放。 這能夠以燃料電池重新產生電力來完成,或是藉由在引擎內燃燒,或是氫氣燃燒器。

來源:IFLScience