曝光神舟飞船发射成本:神9燃料每公斤2万美元?
每公斤航天燃料的价值将近2万美元是对每公斤有效载荷(就是飞船或者卫星,神9是8吨左右)的发射成本大约为2万美金的误解。这个成本是国际市场商业发射的报价,燃料只是成本的一小部分,还有大量的其它费用要计入其中。
这次发射使用的燃料应该和以往几次发射任务完全一样,采用了偏二甲肼(燃料)+四氧化二氮(氧化剂)的推进剂组合。这两种燃料在常温下都是无色无味的液体。四价氮素的氧化性极强,可以很容易的和偏二甲肼反应产生大量的热能,比冲非常高,很适合作为火箭燃料使用。
偏二甲肼又称偏二甲基联氨,英文缩写UDMH,是联氨的一侧两个氢原子被甲基替换的产物。这是上个世纪50年代西方国家通过使用二甲胺和氯胺(有时也用二甲胺和亚硝酸)进行化学反应制造成功的一种火箭燃料。研制成功后由于其比冲大,价格低的优势,很快取代了自40年代就被纳粹德国的V-2火箭作为燃料的液氧+酒精组合和50年代的双氧水+酒精组合,成为国际上主流的火箭燃料而被美国和前苏联两个航天大国广泛使用。
当时,这种新型燃料也引起了中国人的关注。于是中国的化学工业界很快开始对这种燃料进行研发。 1968年2月,中国科学家李俊贤改进了国外的气相氯胺法生产偏二甲肼的方法,使用液相法成功生产出了偏二甲肼并探索出了将其工业化大量生产的具体工艺。从此这种燃料被中国航天广泛采用。
偏二甲肼燃料的优势非常明显:价格非常低廉。而且比起液氢来,偏二甲肼的储存条件可以很低,因为这种燃料常温下呈液态,所以常温保存即可。
所以,中国航天工业陆续研发了多种型号的偏二甲肼-四氧化二氮燃料的火箭推进器,其中,执行了发射神舟飞船和天宫系列的长征二号火箭都采用了相同的一种发动机:YF-20 型75吨大推力发动机。这是60年代中国科研人员为远程导弹研制的偏二甲肼-四氧化二氮火箭发动机。
经过不断的改进,YF-20系列发动机的改进型仍在发挥重要作用。比如用于发射神舟飞船,被赞誉为神箭的长征-2F运载火箭的第一级发动机是DaFY6-2,四级并联使用作为芯一级火箭的动力装置来达到更大推力,第二级发动机是DaFY20,这两种发动机都是YF-20的改进型。偏二甲肼燃料的弱点也是非常突出的。
那就是毒性非常大。偏二甲肼很容易被皮肤吸收,有强烈的致癌性,可能对接触者的肝脏功能造成不可逆转的损伤。所以加注燃料之前,加注者都必须做好全身防护以免对身体健康造成损害。此外,偏二甲肼的生产和使用都会造成严重的环境污染问题,目前国际上尚未有解决这种污染的良好方案。
80年代之后,各主要航天大国都开始淘汰落后的偏二甲肼+四氧化二氮组合的火箭推进剂技术。一大批新型的航天发动机,如液氧煤油发动机,液氧液氢发动机,金属燃料发动机等纷纷投入使用,其中取得成就最大的就是液氧煤油和液氧液氢两种发动机,这两种发动机以燃料比冲大,技术先进,环保而著称。预计在新型火箭上,仍然打算采用这种发动机。而早期几种使用偏二甲肼推进剂的火箭,如欧洲早期的阿丽亚娜-1/2等已经被淘汰了。
