大航天时代如何解决动力燃料问题？ 7月11日

7月11日，维珍航空创始人理查德·布兰森（RichardBranson）和5位机组人员坐着他创立的维珍银河公司（VirginGalactic)运营的小型火箭飞机起飞进入太空，成为使用民用太空飞行器成功体验商业太空旅行的第一人。与此同时，杰夫·贝佐斯、马斯克也宣布即将乘坐旗下太空公司蓝色起源、SpaceX进入太空。而在国内，企查查数据显示近十年航天领域融资331起，金额高达190亿美元， 2015年后我国商业航天赛道融资事件提升明显。
不过太空旅行对于普通人似乎依旧遥不可及，据悉此前维珍银河太空旅客票价高达45万美元起，是微软一线员工4年的收入，并且只能在太空做短暂停留，就必须得立马返回地面，主要原因在于动力不足。
维珍银河采用了LYNX（山猫）太空飞船，内置4台火箭发动机，可以自行从飞机跑道起飞，最大飞行高度107公里，不过由于燃料限制（体型装不了太大燃料，并且还需要单独储备液氧）只能在外太空停留5-6分钟。不过为了停留时间更久（还有一部分原因在于多次循环利用），其飞船并非直接由地面跑到起飞，而是将其挂在另外一架飞机（白骑士）上，待飞机飞行到一定高度后飞船再点火脱离飞向太空，燃料成为拦住近在咫尺的航海大时代面前的一道栅栏。

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维珍银河的太空飞船
探索中的火箭燃料
1958年，苏联发射了一枚R-7火箭，成功将苏联宇航员尤里·加加林（YuriGagarin）送进了太空，开启了太空新时代。其实在前一年，苏联便通过R-7将第一颗人造卫星斯普特尼克一号（Sputnik）送入轨道，而苏联之所以能够在太空竞赛中取得领先主要得益于德国人的帮助，本质上苏联、美国早期火箭都继承了德国V2（Aggregat-4）火箭的衣钵。
德国V2火箭的奠基人是大名鼎鼎的沃纳·冯·布劳恩（V-2火箭，土星5号运载火箭），其主导的V2原型火箭只有14米高，但在当时具有惊人的推力，燃烧液氧和酒精的速度高达每7秒一吨，而美苏两国早期火箭的燃料也多为此。
从燃料物理形态上来分，火箭燃料可分为以液态氢、甲醇、乙醇、高浓度水合肼、二甲肼、硝基、甲烷等物质为代表的液体燃料，其优点是安全稳定、比冲量大，缺点则是体积大；而以硼氢化钠、二聚酸二异氰酸酯、二茂铁及其衍物为代表的固体燃料，虽然体积更小，但并不稳定，例如1986年“挑战者号”、2003年的“哥伦比亚号”等悲剧便是活生生的例子，理论上比冲量最高、最清洁的火箭燃料是从液态氢，它与液态氧混合燃烧可以产生大约350的比冲量。
水可以做火箭燃料吗？
从能量守恒的定律来看水基本无法作为一种燃料，但如果将月球当中旅途终点的一部分，那么在月球上上发现的冰或许能够为更远距离的太空旅行提供燃料新思路。

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月球环形山中的水
把水变成火箭燃料是一个极其简单的过程。众所周知，水是由氢原子和氧原子结合成的分子组成。氢是所有已知元素中最丰富和最轻的，但它的燃烧温度高达5500°F（3038°C），是迄今为止最有效的火箭推进剂，因为它为我们提供了最高的比冲力。另一方面，氧气被飞机吸入，然后与飞机的燃料结合产生燃烧，不过火箭、飞船因为在缺氧的太空腹地运行，所以他们必须带着自己的氧气储备。因此，如果我们要用这两种元素为我们的火箭提供动力，就必须先将它们相互分离出来。
为了做到这一点，我们向水引入电流，通过电解过程，氢原子和氧原子被分离开来。氢气将充当燃料，而氧气则充当氧化剂。这些必须作为液体储存在两个不同的容器中，直到它们被泵入燃烧室，然后被点燃。液化氧气和氢气并不是一件容易的事，液化需要零下几百度的低温环境，例如液体氢气就必须储存在-253°C（-423°F）。在太空飞行期间，任何热源都可能导致氢气蒸发或膨胀和爆炸。因此，它必须与空气摩擦、阳光和火箭废气隔绝，并装有通风口，以防它吸收热量和膨胀。在燃烧室中，液态氢和氧气被点燃然后燃烧，产生的废气又通过一个喷嘴为火箭提供推力，足够的推力是使火箭、飞船逃离地球引力井（重力井）的关键。

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与固体火箭燃料一旦被点燃就不会停止燃烧不同，液体火箭燃料允许你通过关闭推进剂的流动来控制燃烧的速度