解密！氦氣爲何現身火箭及其到底是什麼

作者：尼維迪塔·巴塔查爾吉

班加羅爾（路透社） - 由於推進系統出現故障，包括氦氣泄漏等問題，搭乘波音星際線飛船的兩名美國國家航空航天局宇航員將在國際空間站駐留數月。在地球上，SpaceX 的“北極星黎明”任務因地面設備的氦氣問題而遭推遲。

波音的星際線飛船於週五晚在新墨西哥州的沙漠中無人着陸。

過去受惱人的氦氣泄漏影響的任務有印度空間研究組織的“月船 2 號”和歐洲航天局的“阿麗亞娜 5 號”。爲什麼航天器和火箭使用氦氣，它有什麼棘手之處？

爲什麼是氦氣？

氦氣具有惰性——它既不與其他物質發生反應，也不會燃燒——其原子序數是 2，這使它成爲僅次於氫的第二輕元素。

火箭需要達到特定的速度和高度，才能抵達並維持軌道。更重的火箭需要更多能量，這不但會增加燃料消耗，還需要更強大的發動機，而這些發動機的開發、測試及維護成本也更高。

氦氣的沸點極低（-268.9°C 或 -452°F），即便在超冷環境中也能保持氣態，這是一項重要特性，因爲許多火箭燃料都在這個溫度範圍內儲存。

這種氣體無毒，但是不能單獨用來呼吸，因爲它會取代人類呼吸所需要的氧氣。

它是怎樣被使用的呢？

氦氣被用於給燃料箱加壓，以確保燃料能夠不間斷地流向火箭發動機；同時也用於冷卻系統。

當燃料和氧化劑在火箭發動機裡燃燒的時候，氦氣會填充燃料箱中產生的空地方，保持內部的整體壓力。

因爲它不發生反應，所以能夠安全地跟燃料箱裡的剩餘物質混合。

它容易發生泄漏嗎？

氦原子體積小、分子量低，這意味着其原子能夠通過儲罐和燃料系統中的小縫隙或密封處泄漏出去。

但由於地球大氣中的氦含量極少，泄漏很容易被檢測到——這使得這種氣體對於發現火箭或航天器燃料系統中的潛在故障非常重要。

5 月，在波音公司的“星際客機”航天器首次嘗試搭載宇航員發射升空的數小時前，航天器內部的微型傳感器在“星際客機”的一個推進器上檢測到了一個小氦泄漏，美國國家航空航天局（NASA）花了幾天時間進行分析，然後認爲風險較低。

6 月“星際客機”發射之後，太空中又檢測到了更多泄漏，這促使美國國家航空航天局決定讓“星際客機”不帶機組人員返回地球。

太空相關係統中氦氣泄漏的頻率，一些工程師表示，凸顯了整個行業對閥門設計和更精確的閥門緊固機制的創新需求。

存在替代方案嗎？

一些火箭發射已對氬氣和氮氣等氣體進行了試驗，它們也是惰性氣體，有時價格可能更低。然而，氦氣在該行業中更爲普遍。

歐洲新型阿麗亞娜 6 號火箭摒棄了其前身阿麗亞娜 5 號所用的氦氣，採用了一種新穎的增壓系統，該系統把一小部分主要的液氧和液氫推進劑轉化爲氣體，然後爲火箭發動機對這些流體進行增壓。

在 7 月阿麗亞娜 6 號首次發射成功的最後階段，該系統在太空中出現故障，這又給全球火箭行業長期存在的增壓挑戰清單增添了一項。

（尼維迪塔·巴塔查吉在班加羅爾報道。喬伊·羅萊特補充報道。格里·多伊爾編輯）