自制火箭燃料配方

　　自制火箭燃料配方推荐文章1：用食盐做火箭燃料，你相信吗？

　　火箭，大家都不陌生吧，这100多吨的庞然大物能飞上天空，强大的发动机推力固然重要，但燃料就不重要了吗？你以为用你家烧饭的天然气就行？当然不是。

　　今天我们来探讨用厨房里的调味品--盐，来做燃料。首先将80克的食盐溶解在一升的蒸馏水中，然后用抗腐蚀金属钛作为阴极，用另一块度了一层铂金的钛作为正极。接下来要制作氯酸钠，将两块金属组装好，将盐水加热到大约80摄氏度的时候，在钛金属上接入阳极，在度铂金的钛金属上接入阴极，用8安培电流通过溶液，

　　这时候我们可以看到从阴极释放氧气，从阳极释放氯气。然后跟氢氧根离子反应产生氯酸盐离子，最终我们可以得到一个非常强的氧化剂氯酸钠溶液。电解五天之后，所有的氯化钠都变成了氯酸盐，用加热板对其加热蒸发掉水分，就得到了火箭基础燃料--氯酸钠，

　　用少量的糖混合后就可以剧烈燃烧。这样还不行，需要再将氯酸钠研磨成粉末，最后用糖混合。其实这个时候是非常危险的。再用硅胶与其混合，这样安全度相对高一点，不至于燃烧的太剧烈。现在就可以用它来作为火箭燃料了。如果用上铁质喷嘴和飞行力学，那么你也可以制作一个属于自己的火箭了。感谢大家，请勿模仿！

　　自制火箭燃料配方推荐文章2：下一站，比邻星：火星就地生产火箭燃料指南

　　

　　“在前往火星的星舰火箭上，携带的燃料只够单程旅行。火箭需要在火星上加注燃料，这些燃料将在这颗红色星球上自制”。——伊隆·马斯克

　　早期人类航天燃料方案

　　

　　

　　众所周知，上个世纪人类就已经成功登陆月球并返回，实现了对太阳系内各大行星的探测任务，甚至飞得最远的旅行者一号已经飞出了太阳系。

　　

　　图：旅行者一号探测器

　　但是截至今天，所有的这些航天飞行都有一个共同点，那就是飞行全程所使用的燃料均由地球生产并在发射时一股脑地打包带走。这就像你出国旅游一个月，要带满满五大箱方便面一样，画面十分感人。

　　新时代的召唤

　　

　　

　　今年9月马斯克宣布SpaceX将在未来两年向火星发射大约5艘无人星舰飞船，并初步建立火星殖民地。

　　届时，火星开拓者们不可能再依赖地球的后勤保障，必须利用火星贫瘠的资源开展“大生产”运动，就地生产包括燃料在内的各项物资。

　　我们知道，星舰使用的猛禽发动机以1:3.75比例的甲烷液氧燃料为动力。甲烷是火星燃料的一个不错选择。因为生产甲烷要比生产其他类型的火箭燃料，如氢，需要更少的能源，而且甲烷更容易储存。同时甲烷也是制造防冻剂、消毒剂、防腐剂、农药、肥料、炸药、塑料和药品的基础化工原料。

　　

　　图：火星定居点想象图

　　所以综合看起来在火星上生产甲烷是一种非常合适的选择。具体如何实现且听我慢慢道来。

　　第一步：发射一个工厂去火星

　　马斯克计划派遣一支无人货运星舰组成的先遣队率先登陆火星，构建火星前哨最基础的设施，其中一艘星舰将携带生产甲烷燃料所需的全套工厂设备。

　　同行的机器人将在选定的基地上建造燃料工厂。

　　

　　图：星舰与火星基地想象图

　　第二步：收集二氧化碳

　　火星上的大气层大约包含 95% 的二氧化碳。我们可以采用一种称为“直接空气捕获”的过程进行提纯，将二氧化碳与火星空气分离。

　　在地球上，直接空气捕获技术主要用于大规模降低大气中的二氧化碳含量，以减少温室气体对地球环境的影响。美国能源部期望在2050年通过直接空气捕获技术实现二氧化碳零排放。

　　科学家们采用两种方法进行直接空气捕获：液体溶剂和固体吸附剂。基于液体溶剂的直接空气捕获系统将空气通过吸收二氧化碳的化学品，辅以加热和真空手段完成二氧化碳的捕获。基于固体吸附剂的直接空气捕获系统使用物理过滤器。这些过滤器能够与二氧化碳分子化学结合实现捕获。

　　

　　图：直接空气捕获原理

　　第三步：收集水冰并制氢

　　虽然火星十分干旱，但依然有大量的水冰储藏在两极地区和地层之下。

　　

　　图：火星水冰概念图

　　无人驾驶的火星采矿车可以使用“探地雷达”来绘制埋藏冰沉积物的区域，进一步分析样品以确定其纯度并判断是否适合燃料生产。然后通过钻孔挖掘提取冰，提取的方法是“升华”，冰被加热直接从固体变成气体。一种称为“升华钻”的装置会融化冰层并收集释放出的水蒸气。

　　

　　图：火星采矿车想象图

　　第四步：电解水制氢

　　下一步是制造氢气，将上一步收集的水进行电解，就可以得到氢气。学习过初中化学的读者都知道，电解的原理是，电流通过水后两个电极能将氧气和氢气分开。下面是示意图，在家里可以用干电池加铅笔芯试一试。注意别做太多，小心把你家楼炸了。当然电解食盐水更为感人，也别做太多，会把你家猫毒死。

　　

　　图：电解水原理图

　　最后一步：生产甲烷

　　生产甲烷需要一种称为萨巴蒂尔反应（Sabatier reaction）的化学反应。萨巴蒂尔是一位法国化学家，曾经于1912年获得过诺贝尔化学奖，他对甲烷合成进行过很深入的研究。

　　

　　图：法国化学家萨巴蒂尔

　　萨巴蒂尔反应简单来说，就是让氢气和二氧化碳发生反应，生成水和甲烷。下面是反应过程详细说明，有兴趣的读者可以在家里试一下。

　　

　　图：萨巴蒂尔反应原理

　　火星上的空气中富含二氧化碳，氢可以通过将火星冰融化成水后再通过电解产生，电解剩余的氧气可以供火星开拓者的日常生活。另外更为难得的是，这个反应是放热反应，也就是说，它在反应中会释放出热量，这部分能量是可以回收利用的，包括为反应釜加温以及帮助火星开拓者取暖。

　　并且在催化剂（镍或者钌）的作用下，反应所需的条件更低，甚至可以自发反应。反应非常彻底，气体只要在反应器里面通过一次，就可以达到99%以上的反应率，这对于工业化生产也很重要，可以大大地降低生产设施的设计复杂度。总之，萨巴蒂尔反应简直就是为了殖民火星设计的天选之子。

　　

　　图：萨巴蒂尔制甲烷燃料工厂示意图

　　上面是利用萨巴蒂尔反应制取甲烷的示意图，将前面获得的二氧化碳和氢送入反应釜，进行萨巴蒂尔反应，反应釜只需要装有催化剂，就可以让反应高效运行。反应后产生水蒸气和甲烷的混合物。由于是放热反应，反应产物温度很高，它们经过热交换器，不仅可以加热反应前的二氧化碳和氢气，也可以驱动斯特林发动机，作为整个反应装置的动力。而水蒸气和甲烷的混合物只要经过冷凝，就可以把水和甲烷分离开。甲烷经过降温加压可以液化，以便长期储存。而水，可以电解生成氧气和氢气，氢气继续参与反应，而氧气可以储存起来作为火箭氧化剂，或者供宇航员呼吸用。

　　下一站比邻星

　　

　　

　　马斯克计划未来以火星为基地，进一步开拓太空的新边疆，比如到达离我们最近的宜居行星——比邻星b。

　　

　　图：比邻星b是颗宜居行星

　　比邻星b（英语：Proxima Centauri b或Proxima b）是一颗太阳系外行星，位于南门二系统中的红矮星比邻星宜居带内。该行星位于半人马座，是已知距离太阳系最近的系外行星，也是已知距离最近的处于宜居带内的系外行星。

　　比邻星距离我们有4.22光年，也就是说光速前往也需要4.22年，如果换算成公里，大约为40万亿公里。如果采用传统的化学燃料方案在有限时间内抵达其实并不太现实，可能需要激光推进等更先进的方式。但是建立火星基地、实现地外自持是人类走向星际物种的重要一步。

　　：刘峰

　　校对：张国双

　　美编：邱和琴

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　　自制火箭燃料配方推荐文章3：废物再利用，变身火箭燃料

　　图片说明：Pratap Pullammanappallil，佛罗里达大学（University of Florida，UF）农业与生物工程系的副教授，与其应美国宇航局的要求——将生活废弃物转化为火箭燃料——而发明的厌气消化池的合影。图片：ufl.edu

　　Buck Rogers（小说虚构人物，宇航员的代名词）肯定没有料想到，佛罗里达大学（University of Florida，UF）的研究人员已经找到了将生活废弃物转化为火箭燃料的方法。

　　佛罗里达大学农业与生物工程系的副教授Pratap Pullammanappallil说，并非开玩笑，这一方法能将已收集到的废物再利用，在火箭再入大气层时燃烧提供动力。更重要的是，像很多其他为发展太空而做的研究一样，这一处理方法很可能在地球上得以应用。

　　Pullammanappallil说，这项技术能将废弃物转化为燃料，校园、城镇周围或其他任何地方都可以采用。

　　2006年，美国宇航局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）计划，在2019年到2024年间在月球表面建立一个居住地。作为美国宇航局建立月球基地目标的一部分，该机构希望减轻航天器离开地球时的重量。过去，飞行过程中产生的废物是无法进一步利用的，美国宇航局通常会将它们存储在容器中，最后装载到太空运载火箭内（太空运载火箭在返回地球的大气层过程中会燃烧）。但从长远角度看，把所有存储的废物带回地球是不切实际的。

　　倾倒在月球表面也绝非良策，于是美国宇航局（space agency）与佛罗里达大学签订协议以开发其他的测试方案。

　　Pullammanappallil和他的研究生Abhishek Dhoble接受了这个挑战。

　　Pullammanappallil还是佛罗里达大学食品和农业科学研究所的大学教员，他说：“我们试图弄清楚食物残渣、食品包装和生活废弃物可以产生多少甲烷，从而了解它们是否可以产生足够的燃料来驱动火箭，这样为让火箭返程提供的燃料也可以相应减少，火箭在离开地球时也就无需像以往那样再承载那么多的燃料了。废弃物中产生的甲烷可用作火箭燃料，只要有足够的甲烷就可以让火箭从月球返回地球。”

　　pullammanappallil说，美国宇航局会为佛罗里达大学科学家提供成套的化学合成的生活废弃物，其中包括模拟的食品废弃物、毛巾、浴巾、宇航服和包装材料。他和Dhoble（现在已是伊利诺伊大学University of Illinois的博士生）进行试验，测试了这些废弃物能产出多少甲烷及其产生甲烷的速度。

　　Pullammanappallil说，他们发现每天每个工作人员可产生290升的甲烷，而全体宇航员需在太空舱里待上一周。

　　他们研制出了厌气消化池，而厌气消化池除了能杀死生活废弃物中的病原体，还能产生生物气体——废弃物中的有机物分解过程中产生的甲烷和二氧化碳混合物。

　　在地球上，通过这种方式产生的燃料可用于供暖、发电或运输。

　　废物分解每年可以产生大约200加仑的非饮用水，这些都是有机物质里包含的水分，只是在有机物分解过程中释放了出来。通过电解，水可以分裂成氢和氧，其中的氧气可以作为宇航员呼吸的备用系统。Pullammanappallil还说，在这个过程中产生二氧化碳和氢气也可以转化成甲烷和水。

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　　自制火箭燃料配方推荐文章4：

　　自制火箭燃料配方推荐文章5：笑哭了：作为火箭发动机的燃料，冰糖比白糖好？

　　刚刚看了一个视频被逗笑了。

　　很多人没什么事情做的时候就会搞一搞硝糖火箭。

　　首先说下硝糖火箭的基本原理：

　　糖，如果写成化学式是这样的——Cn(H?O)n，例如葡萄糖C?H??O?我们拆开看会发现基本上糖分子是由一份碳和对应的一份水来组成的，又如蔗糖C??H??O??，再如更复杂一些的(C?H??O?)?，因此，糖类都被简单的称为“碳水化物”。

　　简单的理解就是碳水化合物中含有大量的碳-碳键、碳-氢键和碳=氧键。这些化学键的键能极高。当化学反应发生的时候，可以释放出大量气体和大量的热量。这种配方一般的情况下都用来做初级的固体燃料火箭装药。

　　为啥W君会因为这件事笑哭呢？很简单——发这个东西的哥们的确没有说错，虽然都是冰糖、白砂糖、绵白糖在大家看来都是不同的糖，但从基本成分来说这些都是蔗糖，也就是前面咱们说的C??H??O??。

　　冰糖、白砂糖、绵白糖的区别是什么呢？其实虽然都叫蔗糖，他们的纯度是不一样的，通常高品质的冰糖蔗糖含量可以达到99.9%，白砂糖的蔗糖含量约为99.5%，绵白糖的蔗糖含量就只有97.9%了，白砂糖和冰糖差别不大，但是到了绵白糖你就是用尝的方式都可以尝到明显的风味区别。至于红糖……里面含有的蔗糖成分就低到不足80%了。常见的三种“白糖”虽然只有百分之零点几的差异，但是用作固体火箭发动机的燃料，这百分之零点几的差异其实也会带来巨大的影响。

　　冰糖做火箭其实是上上之选，但这件事超级无敌的可笑。这件事其实还有普遍性，它能暴露出很多军迷的一个软肋——知道配方却不知道加工工艺。

　　很多军迷往往知道了一个原理级的词汇或者基本配方就“飘”了，就好像知道很多国家机密一样。

　　那么咱们就来说说冰糖做火箭的问题点在哪里，它真的比白砂糖好吗？

　　先看做例：

　　这是一个哥们在家里自己熬的硝糖火箭原料，用的就是普通白糖加上硝酸钾。还有最近抖音上比较火的点火箭“粑粑橛”的硝糖块的视频：

　　干这行的一眼就能看出你这品质不好啊——颜色不对！

　　我们看一下实验室做出来的硝糖火箭是什么样子的，你就会发现区别了：

　　我们做出来的是不是比你们自己家锅里面熬出来的白？

　　这里咱们就要引入一个概念了，硝糖火箭的燃料是一种混合物，并不是一种化合物。我们只需要把硝酸钾和糖混合在一起就可以了，没必要熬的那么费劲。都加热成粑粑色了，这就不是硝糖了而是红烧硝酸钾。

　　图片中变深的颜色，其实就是糖在加热的过程中失水碳的产物。这部分糖已经失去了推进作用，算是杂质了。所以，还纠结是冰糖好还是砂糖好就成了一个笑话。所谓的熬其实就是让糖分融化后可以更加紧密的硝酸钾混合，同时让熔化的糖对药柱结构进行粘连。

　　那么咱们就说下冰糖加工硝糖火箭燃料的工艺：

　　首先，冰糖的颗粒比较大，就要有一个完整的破碎过程，一般的来说，制作硝糖的过程中糖粉的目数不应该超过80目，也就是1/5.5毫米的大小。这个标准下其实就是咱们GB/T317-2006的白砂糖的“细粒糖”

　　不过“细粒糖”的这玩意吧，嘿嘿，大部分人买不到的，问就是战略物资。市面上一般能够买到的幼砂糖是标准中的小粒的，而且食品级白砂糖的粒度差异比较大。并不完全能满足分布要求。

　　再有就是咱们食品标准的QB/T4565-2013的全糖粉

　　这东西就完全可以过80目筛，但是粒度并不均匀，而且在现在市场上虽然遵循标准制作，但一定会掺入玉米淀粉或者麦芽糊精。不仅仅咱们是这样做的，世界各国这种事情都是惯例，至于原因嘛……用大脚趾头想你都可以想到了吧？

　　食品工业和流通环节其实完美的打了一个配合绕过了最适合做硝糖火箭发动机的蔗糖粒度。

　　而要自己粉碎冰糖那么难度就有点大了。你很难去均匀的将一块粒度为1-2厘米的冰糖碾压为280微米左右的颗粒。而且更悲催的是，在你碾碎的过程中，糖会吸收空气中的水蒸气让让糖的纯度大幅度下降。

　　所以也就没太大必要纠结是冰糖还是砂糖或者绵白糖了，反正最终粒度差不多的时候你得到的都是绵白糖。

　　其次，为什么在实验室里面做出来的更白，而你在家里用锅熬出来的那么红或者黑，原因在于温度变化的曲线。在实验室里面实施的是控温+控湿+连续搅拌的低温等温熬制过程。一般的情况下会把温度控制在120度左右，在这个温度下糖可以软化更均匀度和硝酸钾混合。

　　但是在家里一个铁锅、一把铲、一口炉子用锅熬很容易就让混合物的局部温度达到160度以上，这时候就开始焦糖化反应了，这就不是制作硝糖火箭了，而是前面说的红烧硝酸钾了。

　　再有，硝酸钾的密度是2.11克/立方厘米、蔗糖的密度是1.58克/立方厘米，在干料的阶段很多人就搞不定了，两种不同密度的颗粒持续搅拌只能让密度高的下沉密度低的上升，最后在容器中形成分层。均匀度都没有的话，这个药柱真正做出来之后燃烧会不稳定的，带来的结果就是火箭的推力不稳定。

　　当然了，我们在实验室里面也有搅拌混合过程，但是绝对不是用铲子搅拌，而是有一套经过了了很长时间实践的搅拌工序。

　　说这些，并不是教大家怎么自己手搓一个固体火箭发动机，其实就是为告诉大家，有的时候“知道”和“做到”会有很大差异，这还只是实验室制作，如果真的涉及到生产，所需要面对的挑战就更多了。

　　所以，什么糖不糖的，不重要，关键是工艺流程怎么把握的，再者说，现在正经人做硝糖火箭发动机哪有用蔗糖的？并不是因为硝糖火箭中有个“糖”字就一定得玩硝酸钾蘸白糖这一出戏。我们早就用山梨醇了。你以为就只有糖尿病人用代糖吗？做硝“糖”火箭一样可以用的！

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