氢气泄漏为何反复困扰 NASA
按原计划，四名宇航员本周应该已经结束那次历史性的绕月旅行，带着满身星尘回到地球。
但现实是，NASA 的工程师们还在跟火箭和燃料较劲，一个反复出现的老问题又拦住了他们。
2 月初，一次叫做“湿式彩排”的发射前测试进行了没几个小时，发射台上的液氢泄漏量就已经多到让人担心——氢气一波接一波地往外跑，供油流程被迫中断了好几次。
测试最终没能跑完，后续又是一周多的排查和修复。
如果觉得这一幕眼熟，那确实不是错觉。2022 年“阿尔忒弥斯 I 号”无人绕月试飞，就因为类似的氢气渗漏一拖再拖，最后几乎在发射台上折戟，还是一群穿着连体工作服的 NASA 工人在最后关头冲上去，手动堵住了一个漏气的阀门。
往更早追溯，贯穿 1981 年至 2011 年的整个航天飞机项目，工程师跟这个问题打交道的记录比比皆是。
氢气泄漏在地面上不是小事：氢气极易点燃，一旦积聚过量，随时可能引发大爆炸。
既然如此，NASA 为什么还是离不开这种麻烦燃料？
最轻的元素，最猛的爆发
氢气用作火箭燃料，是 20 世纪中叶工程师们趟出来的路，后来一路用到了阿波罗登月。此后凡是走这条路的火箭，几乎没有不受泄漏困扰的。
问题的根子在于，氢是宇宙中最轻的元素。NASA 肯尼迪航天中心的低温研究工程师亚当·斯万格说，它“总能找到从容器里溜出去的方法，密度又极低”。
具体来说，氢气的重量大约只有地球空气的 1/14。但正是这些让它难以驾驭的特性，也让它成了火箭燃料里的顶尖选手。
“密度低，性能反而好，”斯万格告诉 CNN，“这中间本来就有个取舍。”
挑选火箭燃料，最核心的指标叫“比冲”，缩写 Isp——简单说，就是用一定量的燃料能产生多大的推力。
计算方式是用预期推力除以推进剂的消耗速率，而重量在这里至关重要：火箭光是抬起自己就要消耗大量动力，能用来运人运货的余量自然就少了。
氢气轻，比冲就高，升空时爆发力也强。斯万格说，在所有燃料里，氢气的效率是最高的，“这就是我们一直在用它的原因”。
不过，NASA 选择氢气，背后还有更复杂的逻辑。
政治的算盘
氢气带来的发射延迟让很多人觉得得不偿失。
但在太空真空环境里，氢气的效率优势最为突出。所以有些火箭制造商干脆折中——上面级用氢，负责地面起飞那一段改用更好伺候的燃料。
贝索斯的蓝色起源和马斯克的 SpaceX 都是这个思路，第一级烧甲烷或 RP-1（一种煤油），省事不少。
但 NASA 的太空发射系统（SLS），从头烧到尾，上下两级全是氢。
原因有点出人意料。行星学会首席太空政策官凯西·德雷尔解释说：“说到底，这是国会通过立法定下来的——NASA 必须沿用航天飞机的硬件、劳动力和承包商来造 SLS。”
简单讲：航天飞机烧氢，SLS 也得烧，因为立法者希望延续那套航天飞机时代的产业链和就业。
今天反复出现的氢气泄漏，某种程度上就是这个决定留下的账。德雷尔说，把旧项目的零部件拼成新火箭，而不是另起炉灶，“实际上把大量麻烦和成本都转移到了后期操作上”。
“它永远不可能像一枚从头设计的新火箭那样好用，”德雷尔说，“成本居高不下，火箭还难伺候。”
“这是一辆实验车”
NASA 自己也不否认 SLS 的脾气难摸。但这款耗时二十年才研发出来的火箭，现在不过刚刚起步。
“它是一辆实验车，”NASA 副局长阿米特·克沙特里亚在 2 月 3 日的发布会上说，“在座的任何人都不应该把这东西叫做‘常规运营飞行器’。”
NASA 通常要等火箭进入例行服务之后，才会给它贴上“完全可操作”的标签。当年航天飞机也是完成前四次载人任务之后，才算真正过关。SLS 发射频率本就不高，这个门槛还要等多久，谁也说不准。
克沙特里亚还坦承，这些泄漏来得很难预判，也很难根除。火箭从总装厂滚运到发射台的过程，可能损伤了密封件，但具体原因还没定论。
“从应力应变的角度来说，这确实复杂，但我不是在找借口，”他说，工程师们也是最近才开始摸清这些问题从何而来。
不管是“阿尔忒弥斯 I 号”还是这次的二月湿式彩排，泄漏点都盯上了同一个地方——尾部服务桅脐带结构，简称 TSMU，一座连接火箭与地面设备的三层楼高装置。技术人员最近已经更换了那里两条推进剂管线周围的密封件。
发射主任查理·布莱克韦尔-汤普森说，加注过程中泄漏率必须压到 16% 以下，才算安全过关。
NASA 的应对手段不只是换密封件——加注氢气时，还会采用短暂升温的技术，让密封件在重新暴露于极低温之前，先“喘口气”稳一稳。
目前看来，这些努力有些效果。NASA 局长贾里德·艾萨克曼本月早些时候透露，一次部分加注测试的结果比之前好很多，之前闹出大事的那些泄漏点，这次没有再出现。
这个问题能解决吗？
每一枚 SLS 都是新造的，不可重复使用，克沙特里亚说，眼前这枚是“第一次见识低温推进剂”，它怎么“呼吸”、怎么排气、又想从哪里漏——这些都得重新摸索。
而要彻底告别氢气泄漏，恐怕得等材料科学先跨一道门槛。
中佛罗里达大学机械与航空航天工程系教授苟吉华说，问题不是“为什么氢气难处理”，真正的问题是：“现有材料的断裂韧性到底够不够用？”
液氢必须维持在零下 423 华氏度，容纳它的设备还得扛住一次次的极寒冲击。
“温度骤变才是最大的敌人。密封件本身是一回事，跟密封件相连的结构也会随温度形变，”斯万格说。
NASA 目前用的是特氟龙材质的密封件——PTFE 聚合物。
“选特氟龙是因为历史上它表现最好，但选择本来就不多，”斯万格说，“碰到大尺寸的接合面，问题就更难缠了。”
SLS 体型庞大，燃料流量就得跟上，流量一大，渗漏风险自然水涨船高，这也是死结之一。
“这么多特殊要求叠在一起，真的没什么操作空间，”斯万格说，“如果从头开始、重新设计，要搞出一个完全不漏的东西，可能是做得到的。但 SLS 已经走到这一步了，回头重来既不现实，也没必要。”
最后，斯万格也特别提了一句：说到氢气，人们难免想起兴登堡飞艇。但 NASA 深知怎么和这种燃料打交道。
“它完全可以安全使用，没有任何问题。就算是我们遇到过的这些泄漏，”他说，“我们从来没出过事故。”
【信息来源：CNN，作者 Jackie Wattles】