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氦气稀缺,中国3500立方米载人飞艇不怕美国卡脖子?

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老粥科普 2021-03-06 15:35

近日,一款新的“巨兽级”国产飞行器进入公众视野:经工信部立项,航空工业特飞所研制的“云中漫步”系列载人飞艇AS700将首飞,据称它主要面向空中游览等旅游消费市场,如果成功,以后我们会在许多旅游景区看到它“嗡嗡嗡”地飞来飞去。

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AS700飞艇将主要用于旅游观光

为什么说AS700是“巨兽级”飞行器呢?因为从体积上看,它的充气容积达到3500立方米,差不多是国产大飞机C919机身体积的10倍!C919可以载着160名乘客以0.8马赫的速度飞行5500公里,而AS700飞艇最多只能载10人,以每小时70公里的速度飞10小时。体积庞大,效率不高,刷上广告,用于旅游观光是最合适不过的了。

AS700只能载10人

想必许多人对飞艇不陌生,这种飞行器靠空气浮力上升,以螺旋桨推动飞行,至今已经发展了一百多年。相比于飞机,制造飞艇的技术并不是很难,它就是一个巨大的流线型充气气球,下边加挂吊舱和螺旋桨动力装置。但是你知道吗?在AS700出现之前,国内飞的大型飞艇几乎都是进口的。

飞艇在二次世界大战之前非常流行,当时纳粹德国制造的巨型飞艇载着富豪们往返穿梭于欧洲与美洲之间,成为德意志先进制造业的标志。飞艇里充满着易燃的氢气,时常酿成事故,其中最大的一起灾难导致了飞艇的衰落。1937年5月6日,总长度245米、体积达20万立方米的兴登堡号飞艇在美国莱克赫斯特着陆时起火,巨大的氢气球发生爆燃迅速吞没了整个飞艇,造成36人丧生。

兴登堡号飞艇着陆时起火

德国人不知道氢气易燃易爆吗?他们当然知道。其实在兴登堡号设计之初就是一艘充氦气的飞艇,氦气是一种惰性气体,它很轻,也不会燃烧,比氢气安全多了。但美国是氦气的主要供应方,1927年美国人搞了个《氦气控制法》将其列为战略物资禁止出口。无奈之下,德国工程师被迫修改设计,使用易燃的氢气取代安全的氦气。

美国卡了德国的脖子迫使兴登堡号改用氢气

你可能会问,氢与氦不是宇宙中含量最丰富的两种元素吗,为什么在地球上如此稀少?

氢占了宇宙中重子物质的74%,氦占了24%,氦的质量是宇宙中其它元素总质量的12倍以上。但是在地球大气层中,氦气的体积只占百万分之5.2,并且如此少的氦气大多在距离地面几十公里的大气层上方,然后一点一点地被太阳风吹走。

少量氦气存在于大气层上方

那么,氦气属于不可再生资源吗?倒也不算。地壳以及更深的地幔中有许多重放射性元素(比如铀和钍),这些元素在衰变的过程中会持续缓慢地释放α粒子,α粒子其实就是氦原子核。氦气在地壳里慢慢聚积,并且跟天然气混合在一起。当我们从地下抽取天然气,其中就可能混有氦气,最多的时候氦气体积含量高达7%。当然这与放射性元素的储量有关,到目前全球出产氦气最多的还是美国,它占了全球氦气商业总产量的90%以上。

美国是氦气最大生产国

氦气的沸点比其它所有元素都要低,通过将天然气在低温和高压下液化,再用活性炭吸附剩余的气体,生产商就能得到99.995%的纯氦气。再进一步加压和降温,就能得到便于储存和运输的液态氦了。

氦气广泛应用于低温超导

氦气并不只用来充到气球里,它的最主要用途还是在科学领域。医院的核磁共振成像扫描仪里的超导磁体就需要液态氦来保持超低温;科学家在做超导研究、可控核聚变、以及未来的磁悬浮铁路都离不开液态氦来降温;在运载火箭加注燃料前,为了除掉燃料箱里残存的空气,先需要用纯氦气进行吹扫;一些特种焊接也需要氦气充当保护性气体来隔绝空气。氦气很贵,目前每立方米卖到4.3美元(约28元人民币),充满一个AS700飞艇将消耗超过10万元的氦气,尽管不是每飞一次就放空,但相对于氦气的稀缺性而言这是很奢侈的做法。

你需要经常向飞艇里补充氦气

近些年来我国经济蓬勃发展,氦气作为一种稀缺资源正越来越多地应用到科学研究以及工业生产的方方面面。除非我们已经找到富含氦的天然气资源,并且掌握了低成本提取氦气的技术,否则将宝贵的氦气消耗在大量民用观光飞艇上,与科研“争气”,就很有可能在关键时候被别人用一个新的“法案”卡脖子,总体而言会得不偿失。

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