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水成为太空船燃料源
2019-09-21 02:36:13 *
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作者 主題: 水成为太空船燃料源  (閱讀 866 次)
peter
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文章: 34392



« 於: 2016-10-06 16:55:19 »

http://www.lovehhy.net/News/View/714643
由NASA前任首席科学技术员所领导的研究人员,正希望发射一架携带水作为燃料源的卫星。来自康乃尔大学(Cornell University)的研究小组,由Mason Peck所指导,想要他们的设备成为第1个鞋盒大小的"个人立方卫星(CubeSat)",来绕着月球转,只是要证明水成为太空船燃料源的潜力。水是一个安全而稳定的物质,即使在太空中也相当普遍,但也能在地球上找到更多的使用,作为我们在寻找的替代能源。

  直到我们发展出曲速引擎(warp drive),或是其他的未来推进系统以前,太空旅行很可能要大大地依赖我们今天所使用的这类以推动燃料为主的火箭。它的运作是靠点燃火箭尾端向外喷出的气体,由于物理学定律,推动火箭向前行。这类的推进系统需要重量轻的卫星,而且携带大量的能源在一个小小的空间(高能量密度),以便于在很多年甚至数十年期间,持续发出强大的推进力,让太空船在轨道上。

  安全也是主要的考量。把能源安装成小体积质量的燃料形式,意味着即使是最轻微的问题,也能造成灾难性的后果;如同我们最近所看到的SpaceX火箭爆炸。用卫星上任何不稳定的燃料形式,来把卫星推向轨道,可能对昂贵的硬体、甚至更糟的是人的性命,造成灾难。水是围绕这个安全问题的一种解决方法,因为它实质上是携带能量而不是燃料。康乃尔研究小组并不是计划使用水本身来做为推进燃料,而是使用来自太阳能板的电力来分解水成为氢气和氧气,然后把它们当作燃料。当这两种气体重新结合和点燃时,会产生燃烧或是爆炸,释放出它们在分解过程所接受的能量。这样的气体燃烧能够被用来驱动卫星向前行、增加速度、或是改变它的位置,不管在哪个行星或月亮的轨道里。

  太阳能板有高度的可靠性以及没有移动的元件,是非常适合在零重力和极端的太空环境下操作。利用阳光来产生电流,然后允许卫星来积极地从事它的任务。传统上,这种能源被储存在电池里。但康乃尔的科学家想要藉由它来分解在卫星上的水,来做为卫星的燃料源。

  地表外的电解作用

  这项被提议的过程,是已知的电解作用,牵涉到透过通常含有可溶解电解质的水,来产生电流。这个过程把水分解成氧气和氢气,分别在2个电极被释放出来。在地球上,重力接着将气体分开,因此它们能够被收集和使用。然而,在零重力自由漂流的太空中,卫星必须使用来自旋转的离心力,来从溶液中分离气体。在以前,电解作用已经在太空中被使用,来为人类太空任务提供氧气补充,而不需要高压氧气储存槽;例如在国际太空站(International Space Station)。但与其在沉重负荷的火箭上,将水送进太空,我们也可能有一天从月球或小行星挖取水。如果在小说里使用氢气和氧气作为卫星燃料的方法证明可行,我们可以有现成的资源在太空中等着我们,这意味着它能够塑造,来为至少有几艘未来的太空船提供动力。情况常常是如此。太空科技的发展正在促使有潜力的观念,来协助解决在地球上的重大能源问题。电力是相当难储存的,而且当我们增加再生能源供给时,我们需要缓冲供给与需求。风力发电厂和太阳能发电厂真的是效率差的再生能源形式,不是因为生产科技的问题,而是因为我们经常无法以它们产生的能源来做任何有用的事。电网偶尔会挣扎于能源的供过于求。

  作为在外太空的推进,解决办法可能涉及使用剩余电力来分解水成为氢气和氧气,这样就产生了可储存、可运送、有用的氢燃料形式物品。当需要能源时,它能够藉由与来自大气层的氧气再结合来释放。这能够以燃料电池重新产生电力来完成,或是藉由在引擎内燃烧,或是氢气燃烧器。
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王朝鈺
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文章: 292


« 回覆文章 #1 於: 2016-10-08 23:33:10 »

其實一直不是很懂這種概念...

因為... 把水電解成氫氣和氧氧所需要的能量與它們重新結合產生的能量是一樣的... 就算利用催化劑讓反應變得容易些,但是(氫+氧)和水之間的能量差是不能改變的 (黑斯定律)
所以...並沒有額外的能量可以被提取與利用才對...

環繞地球的太空船當然可以利用太陽能來供給電解所需的能量,這樣等於是把太陽能轉變成化學能儲存起來,需要時再用...
可是,遙遠的外太空有太陽能可以利用嗎? (也許太弱到無法有足夠的效率)

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吳柏賢
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文章: 1188



« 回覆文章 #2 於: 2016-10-09 02:59:04 »

他說的應該是用太陽能產生的電力把水電解, 產生氫 和氧 來當太空船的燃料
用電力把水轉換成太空船可以用的燃料
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peter
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文章: 34392



« 回覆文章 #3 於: 2016-10-09 13:38:57 »

剩余电力
^^^^^^

如果還有


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王朝鈺
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« 回覆文章 #4 於: 2016-10-10 11:26:38 »

所以這招在木星軌道以外...會不會就無用武之地了?

太陽光要弱要什麼程度才會讓目前的光電轉換無法使用? 那些外行星探測船都用核能是這種考量嗎?

略為查了一下,
除了航海家一號二號與先鋒一號二號之外,
探測太陽極區的尤里西斯號是核能動力,
木星的伽利略號也是,
土星探測的卡西尼-惠更斯號帶了32公斤的鈽239升空... (如果爆了不就大家跟著完蛋...)
更不用說新世野號了~

似乎只有最近的朱諾號才第一次成功在木星軌道上利用太陽能供電~
所以...外行星探測或外太陽系探測...現行應該還是以核能為第一或唯一考量吧!?

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吳柏賢
星團
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文章: 1188



« 回覆文章 #5 於: 2016-10-10 11:34:24 »

與先鋒一號二號之外<==應該是先鋒10 11號

所以...外行星探測或外太陽系探測...現行應該還是以核能為第一或唯一考量吧!?<==對阿 太陽能目前最遠只有到木星軌道而已  ,更遠都必需要用核能
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恆星
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文章: 375


« 回覆文章 #6 於: 2016-10-10 12:25:00 »

電力不論是從太陽能或核能而來 基本上電能對於太空船的推進都派不上直接用場 (除了離子引擎)
提供對進動力的來源 目前主要是來自化學能 (燃燒/爆炸) 化學能只能從氧化劑和燃料而來
透過電解 水同時可以提供氧化劑(O2)和燃料(H2) 本身能量密度夠高 且安全無毒
我猜是這樣的原因才會被拿來用

離子引擎應該就不是靠化學能 要攜帶較重的Xe氣來提供離子源
不過Xe又少又貴 低溫液化又很麻煩
小弟不知道氫/氧有沒有可能用在離子引擎? Xe和氫/氧哪個離子可以提供較大的推力?


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peter
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文章: 34392



« 回覆文章 #7 於: 2019-08-11 21:59:10 »

https://www.universetoday.com/143133/nasa-tests-water-powered-spacecraft-in-orbit/



NASA Tests Water Powered Spacecraft in Orbit

https://youtu.be/PpmaXZ3ajTY
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王朝鈺
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文章: 292


« 回覆文章 #8 於: 2019-09-10 14:54:41 »

我一直不能理解的是... 基於能量守恆,水分解成氫和氧,然後又燒成水,起點終點都一樣能量那裡來? 又是一台永動機?
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peter
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文章: 34392



« 回覆文章 #9 於: 2019-09-10 16:26:18 »

太陽能電池產生電, 把水電解分離 , 在離子引擎下 使用"氫離子"去噴  
太陽能電池 太陽能電池  太陽能電池  .有外來電力 ,
 因為 太空船一般燃料 不是劇毒就危險其他燃料 , 水是比較安全 .
  電解也不難 .   就算不使用太陽能 , 只要有電  不論 核熱電池或其他.  如果外太空可找到水,燃料就有了 .

 
離子推力器 力量都很弱. 若到跟吹紙一樣, 但好處可 一點點燃料用很久,比衝很高

比衝  Specific impulse
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%AF%94%E5%86%B2
比衝或比衝量亦有稱比推力是用來表示一個推進系統的燃燒效率。比衝的定義為:火箭發動機單位重量推進劑產生的衝量,或單位重量流量的推進劑產生的推力。比衝的單位為公尺/秒或牛·秒/公斤,工程上會考慮單位重量流量的推進劑。比衝的單位習慣使用秒,可以理解為1kg的物質產生1kg力的推力,可以持續的時間

固態火箭比衝   250 ,   離子推力器 3000   vasimr 30000




https://www.researchgate.net/figure/Specific-impulse-and-thrust-operating-regimes-for-space-propulsion-methods-with-power_fig1_269047321


離子推力器
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A6%BB%E5%AD%90%E6%8E%A8%E5%8A%9B%E5%99%A8

一般靠 化學火箭上太空, 在來靠離子推力器 慢慢加速  .

水可給人喝,  又能當燃料, 關於來源,  月球南極可能有 ,  木衛  土衛可能也有水冰, 人類太空船一直探測水, 反而其他燃料 外太空有沒有還不知, 相對來說, 如果真能開發.   那水會相對方便 .







* 77.jpg (233.92 KB, 857x588 - 已被閱讀 10 次.)
« 最後編輯時間: 2019-09-10 16:37:16 由 peter » 已記錄

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