前段时间,国家航天局在中国航天日宣布,天问二号探测器将于今年接近地球准卫星 2016 HO3,明年带回这颗小行星的样本。不少人疑惑,我们已经去过月球背面、登上过火星,小行星采样到底难在哪?

就像天问二号的姿态控制发动机,只用小推力微型发动机精准调整,才能完成附着采样。

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除了采样的精准操作,天问二号用到的单组元燃料也是关键。单组元燃料不需要额外搭配氧化剂,自身催化分解就能产生推力,最早的单组元燃料就是大家熟悉的过氧化氢。

早在 1938 年,德国人就使用高浓度过氧化氢作为火箭发动机燃料,1939 年 6 月 20 日,亨克尔 He 176 型飞机成功起飞,这是世界上第一架完全由液体燃料火箭推进的飞机,使用的就是高浓度过氧化氢,以高锰酸钙钠水溶液作为催化剂,分解为高温蒸汽和氧气。

二战结束后,英国和美国都获得了相关技术,英国人用镀银镍网作为催化剂替代液体催化剂,美国人也使用类似的固体催化剂,将过氧化氢发动机运用在贝尔 XF-85、北美 X-15 以及水星飞船等航空航天器上。不过当时受技术水平限制,过氧化氢溶液浓度最多只能达到 85%,推力逐渐无法满足复杂任务需求,单组元燃料渐渐转向复合推进剂方向发展。

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五十年代后期,另一种单组元燃料肼衍生物开始出现,逐渐取代高浓度过氧化氢成为主流单组元推进剂,其推力更稳定、能量密度更高,为后续航天器的姿态控制提供了更可靠的选择。

如今,单组元燃料的发展又有了新突破。天舟九号货运飞船搭载了清华大学和中国科学院大学化学物理研究所联合研制的化电双模式绿色推进剂,完成了在轨飞行验证。这种推进剂既能像传统单组元燃料一样催化分解产生推力,又能电离实现电推力,无毒无污染、能量密度高、抗冻性好且可长期贮存,完美解决了传统单组元燃料的部分短板。

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