氦氣稀缺,發展載人飛艇會面臨什麼問題?


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氦氣稀缺,發展載人飛艇會面臨什麼問題?

近日,一款新的“巨獸級”國產飛行器進入公眾視野:經工信部立項,航空工業特飛所研製的“雲中漫步”系列載人飛艇AS700將首飛,據稱它主要面向空中游覽等旅遊消費市場,如果成功,以後我們會在許多旅遊景區看到它“嗡嗡嗡”地飛來飛去。

AS700飛艇將主要用於旅遊觀光

為什麼說AS700是“巨獸級”飛行器呢?因為從體積上看,它的充氣容積達到3500立方米,差不多是國產大飛機C919機身體積的10倍! C919可以載著160名乘客以0.8馬赫的速度飛行5500公里,而AS700飛艇最多只能載10人,以每小時70公里的速度飛10小時。體積龐大,效率不高,刷上廣告,用於旅遊觀光是最合適不過的了。

AS700只能載10人

想必許多人對飛艇不陌生,這種飛行器靠空氣浮力上升,以螺旋槳推動飛行,至今已經發展了一百多年。相比於飛機,製造飛艇的技術並不是很難,它就是一個巨大的流線型充氣氣球,下邊加掛吊艙和螺旋槳動力裝置。但是你知道嗎?在AS700出現之前,國內飛的大型飛艇幾乎都是進口的。

飛艇在二次世界大戰之前非常流行,當時納粹德國製造的巨型飛艇載著富豪們往返穿梭於歐洲與美洲之間,成為德意志先進製造業的標誌。飛艇裡充滿著易燃的氫氣,時常釀成事故,其中最大的一起災難導致了飛艇的衰落。 1937年5月6日,總長度245米、體積達20萬立方米的興登堡號飛艇在美國萊克赫斯特著陸時起火,巨大的氫氣球發生爆燃迅速吞沒了整個飛艇,造成36人喪生。

興登堡號飛艇著陸時起火

德國人不知道氫氣易燃易爆嗎?他們當然知道。其實在興登堡號設計之初就是一艘充氦氣的飛艇,氦氣是一種惰性氣體,它很輕,也不會燃燒,比氫氣安全多了。但美國是氦氣的主要供應方,1927年美國人搞了個《氦氣控制法》將其列為戰略物資禁止出口。無奈之下,德國工程師被迫修改設計,使用易燃的氫氣取代安全的氦氣。

美國卡了德國的脖子迫使興登堡號改用氫氣

你可能會問,氫與氦不是宇宙中含量最豐富的兩種元素嗎,為什麼在地球上如此稀少?

氫佔了宇宙中重子物質的74%,氦佔了24%,氦的質量是宇宙中其它元素總質量的12倍以上。但是在地球大氣層中,氦氣的體積只佔百萬分之5.2,並且如此少的氦氣大多在距離地面幾十公里的大氣層上方,然後一點一點地被太陽風吹走。

少量氦氣存在於大氣層上方

那麼,氦氣屬於不可再生資源嗎?倒也不算。地殼以及更深的地幔中有許多重放射性元素(比如鈾和釷),這些元素在衰變的過程中會持續緩慢地釋放α粒子,α粒子其實就是氦原子核。氦氣在地殼裡慢慢聚積,並且跟天然氣混合在一起。當我們從地下抽取天然氣,其中就可能混有氦氣,最多的時候氦氣體積含量高達7%。當然這與放射性元素的儲量有關,到目前全球出產氦氣最多的還是美國,它佔了全球氦氣商業總產量的90%以上。

美國是氦氣最大生產國

氦氣的沸點比其它所有元素都要低,通過將天然氣在低溫和高壓下液化,再用活性炭吸附剩餘的氣體,生產商就能得到99.995%的純氦氣。再進一步加壓和降溫,就能得到便於儲存和運輸的液態氦了。

氦氣廣泛應用於低溫超導

氦氣並不只用來充到氣球裡,它的最主要用途還是在科學領域。醫院的核磁共振成像掃描儀裡的超導磁體就需要液態氦來保持超低溫;科學家在做超導研究、可控核聚變、以及未來的磁懸浮鐵路都離不開液態氦來降溫;在運載火箭加注燃料前,為了除掉燃料箱裡殘存的空氣,先需要用純氦氣進行吹掃;一些特種焊接也需要氦氣充當保護性氣體來隔絕空氣。氦氣很貴,目前每立方米賣到4.3美元(約28元人民幣),充滿一個AS700飛艇將消耗超過10萬元的氦氣,儘管不是每飛一次就放空,但相對於氦氣的稀缺性而言這是很奢侈的做法。

你需要經常向飛艇裡補充氦氣

近些年來我國經濟蓬勃發展,氦氣作為一種稀缺資源正越來越多地應用到科學研究以及工業生產的方方面面。除非我們已經找到富含氦的天然氣資源,並且掌握了低成本提取氦氣的技術,否則將寶貴的氦氣消耗在大量民用觀光飛艇上,與科研“爭氣”,就很有可能在關鍵時候被別人用一個新的“法案”卡脖子,總體而言會得不償失。