塑料火箭也能上天

　　陸地上、深海中，塑料已經(jīng)占領(lǐng)了整個(gè)地球，未來某一天，也許塑料會(huì)化身為火箭，飛往太空。

　　用塑料造火箭

　　在制造火箭方面，業(yè)界有一些約定俗成的規(guī)定：一般輕質(zhì)材料部分會(huì)使用鋁合金、碳復(fù)合、合金鋼等材料，而重要的部分則會(huì)使用堅(jiān)固的鈦合金、不銹鋼，在需要耐火抗熱的部位隔熱陶瓷可以大展身手。顯而易見，在火箭身上，塑料這一地球上最常見的材料并沒有用武之地:它既不堅(jiān)硬，又不耐熱，完全不符合火箭的需求。等等，火箭不考慮下工程塑料嗎?

　　其實(shí)，在火箭制造中，塑料有一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)——它很輕。火箭作為運(yùn)載工具，其自重越小，所需要消耗的燃料就越少，能用于搭載其他航天器的空間就越大。所以，大量采用輕質(zhì)材料，努力將火箭的自重降低是很有必要的，它直接影響火箭的性能。但目前人類掌握的輕質(zhì)金屬并不算很多，且大多價(jià)格昂貴，比如鋰，它是最輕的金屬，但質(zhì)地很軟，還容易溶解，不堪大用。其他常用的金屬材料比如鋁合金、鈦合金，雖然它們?cè)趶?qiáng)度和硬度上都符合要求，但成型和加工困難，成本昂貴，重量上也不占優(yōu)勢(shì)。科學(xué)家們一直在尋找更好的能夠取代金屬的火箭材料，工程塑料就是被科學(xué)家寄予厚望的“后浪”。

　　與普通塑料相比，工程塑料具有更好的力學(xué)性能、耐腐蝕性、耐熱性、耐疲勞性等特點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域，塑料材料已經(jīng)發(fā)揮了不小的作用：聚碳酸酯是一種高級(jí)的航天復(fù)合樹脂，廣泛用于飛機(jī)艙罩、照明設(shè)備、宇航員的防護(hù)用品等;改性尼龍具有較強(qiáng)的抗輻射能力，可以用作飛機(jī)、衛(wèi)星等高空飛行器的包覆材料;聚醚醚酮樹脂在航空航天領(lǐng)域用來代替鋁、鈦等其他金屬材料制造成飛船發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)外零部件;等等。

　　如果我們?cè)偻こ趟芰现刑砑犹祭w維、石墨烯、玻璃纖維等高新科技材料，工程塑料就會(huì)舊貌換新顏。在歐洲航天局的支持下，德國(guó)航空航天公司“MTaerospace”推出了一款由碳纖維增強(qiáng)塑料制成的小型火箭燃料箱，該燃料箱可以容納液氫和液氧而不泄漏，最重要的是，整個(gè)燃料箱完全沒有用到一點(diǎn)金屬材料。

　　火箭燃料箱不使用金屬是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樽畛Ｓ玫耐七M(jìn)劑氫氣和氧氣都是氣態(tài)的，即使它們?cè)趦?chǔ)存時(shí)被冷卻到-253℃，但它們?nèi)詴?huì)在使用過程中不斷逸出。因此，以往的火箭燃料箱都會(huì)使用金屬作為襯里，一則防止氣體逸出，另外金屬也更加抗凍。不過，金屬襯里有一個(gè)缺點(diǎn)——它們很重，而且，多加這一個(gè)襯里，所需要的制造部件和制造步驟更加繁復(fù)。所以，“MTaerospace”的純塑料燃料箱一經(jīng)推出就大受歡迎：火箭自重的減輕意味著可以裝載更多的載荷，使用這個(gè)燃料箱，比傳統(tǒng)燃料箱能降低更多發(fā)射成本，同樣多的燃料能產(chǎn)生額外2噸的有效載荷量。

　　傳統(tǒng)燃料箱所用的金屬襯里是密閉的，為了用碳復(fù)合材料重現(xiàn)相同的特性，新型燃料箱用黑色碳纖維和特殊樹脂編織而成，在低溫、變壓、氣體泄露測(cè)試中，新型燃料箱都經(jīng)受住了考驗(yàn)。近期，歐洲航天局打算將新型燃料箱安裝到阿麗亞娜6號(hào)火箭上，碳纖維增強(qiáng)塑料還將應(yīng)用于燃料箱與上級(jí)外層之間的界面。如果發(fā)射成功，我們還將在未來的火箭部件中找到更多的碳纖維增強(qiáng)塑料。

　　廢塑料有大用

　　如果用工程塑料造火箭還不算什么，那么廢棄塑料和火箭的搭配就十分神奇了：2022年1月29日，美國(guó)Vaya太空公司成功發(fā)射了一款火箭，該火箭使用的是可回收熱塑性塑料制成的燃料箱，其中所填充的燃料也是熱塑性塑料。

　　用廢棄塑料發(fā)射火箭的不止一家公司。2022年10月，英國(guó)航天公司Skyrora在冰島進(jìn)行了一次火箭發(fā)射任務(wù)，這款火箭所填充的燃料是他們獨(dú)家開發(fā)的——被稱為Ecosene的燃料，它是由廢棄塑料轉(zhuǎn)化而成。Skyrora使用從當(dāng)?shù)厥姓?dāng)局收集的塑料垃圾，通過熱解技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為Ecosene燃料，這種燃料可用于火箭甚至普通車輛。而且，以這種方式生產(chǎn)的燃料要便宜得多，其成本可能僅為當(dāng)今航天公司的火箭燃料費(fèi)用的五分之一。

　　成功應(yīng)用塑料燃料的還有英國(guó)Pulsar Fusion公司，其火箭使用一種由高密度聚乙烯(HDPE)和氧化亞氮氧化劑組成的混合燃料。高密度聚乙烯用于一系列塑料產(chǎn)品，包括瓶子、管道和砧板，這使得用作火箭燃料的材料豐富且價(jià)格低廉。

　　據(jù)估計(jì)，全球每年產(chǎn)生4億噸塑料垃圾，最終只有9%被回收利用。其余的要么最終進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)，要么被焚燒。如果將更多廢棄塑料變身為燃料，它們不僅能發(fā)揮余熱，更有利于解決白色污染這個(gè)大難題。不久的將來，由塑料箭身、塑料燃料構(gòu)成的全塑火箭將占領(lǐng)太空——這可能是一個(gè)好消息。