解密！氦气为何现身火箭及其到底是什么

作者：尼维迪塔·巴塔查尔吉

班加罗尔（路透社） - 由于推进系统出现故障，包括氦气泄漏等问题，搭乘波音星际线飞船的两名美国国家航空航天局宇航员将在国际空间站驻留数月。在地球上，SpaceX 的“北极星黎明”任务因地面设备的氦气问题而遭推迟。

波音的星际线飞船于周五晚在新墨西哥州的沙漠中无人着陆。

过去受恼人的氦气泄漏影响的任务有印度空间研究组织的“月船 2 号”和欧洲航天局的“阿丽亚娜 5 号”。为什么航天器和火箭使用氦气，它有什么棘手之处？

为什么是氦气？

氦气具有惰性——它既不与其他物质发生反应，也不会燃烧——其原子序数是 2，这使它成为仅次于氢的第二轻元素。

火箭需要达到特定的速度和高度，才能抵达并维持轨道。更重的火箭需要更多能量，这不但会增加燃料消耗，还需要更强大的发动机，而这些发动机的开发、测试及维护成本也更高。

氦气的沸点极低（-268.9°C 或 -452°F），即便在超冷环境中也能保持气态，这是一项重要特性，因为许多火箭燃料都在这个温度范围内储存。

这种气体无毒，但是不能单独用来呼吸，因为它会取代人类呼吸所需要的氧气。

它是怎样被使用的呢？

氦气被用于给燃料箱加压，以确保燃料能够不间断地流向火箭发动机；同时也用于冷却系统。

当燃料和氧化剂在火箭发动机里燃烧的时候，氦气会填充燃料箱中产生的空地方，保持内部的整体压力。

因为它不发生反应，所以能够安全地跟燃料箱里的剩余物质混合。

它容易发生泄漏吗？

氦原子体积小、分子量低，这意味着其原子能够通过储罐和燃料系统中的小缝隙或密封处泄漏出去。

但由于地球大气中的氦含量极少，泄漏很容易被检测到——这使得这种气体对于发现火箭或航天器燃料系统中的潜在故障非常重要。

5 月，在波音公司的“星际客机”航天器首次尝试搭载宇航员发射升空的数小时前，航天器内部的微型传感器在“星际客机”的一个推进器上检测到了一个小氦泄漏，美国国家航空航天局（NASA）花了几天时间进行分析，然后认为风险较低。

6 月“星际客机”发射之后，太空中又检测到了更多泄漏，这促使美国国家航空航天局决定让“星际客机”不带机组人员返回地球。

太空相关系统中氦气泄漏的频率，一些工程师表示，凸显了整个行业对阀门设计和更精确的阀门紧固机制的创新需求。

存在替代方案吗？

一些火箭发射已对氩气和氮气等气体进行了试验，它们也是惰性气体，有时价格可能更低。然而，氦气在该行业中更为普遍。

欧洲新型阿丽亚娜 6 号火箭摒弃了其前身阿丽亚娜 5 号所用的氦气，采用了一种新颖的增压系统，该系统把一小部分主要的液氧和液氢推进剂转化为气体，然后为火箭发动机对这些流体进行增压。

在 7 月阿丽亚娜 6 号首次发射成功的最后阶段，该系统在太空中出现故障，这又给全球火箭行业长期存在的增压挑战清单增添了一项。

（尼维迪塔·巴塔查吉在班加罗尔报道。乔伊·罗莱特补充报道。格里·多伊尔编辑）