真正的「黑科技——漫談阿波羅登月項目的超臨界氦貯存增壓技術
說明
今年是阿波羅載人登月49周年。在美蘇太空競賽顛峰時期，整個項目誕生了很多新技術創新，是人類航天科技發展的大跨越！
本期要說的是阿波羅計劃在工程學上的奇蹟——超臨界氦貯存增壓技術
。
本期我們
設置了
有獎問答題
，這是作者在撰寫文章中一直困惑的一個問題，能提供答案
或
有效線索
的前五名的網友將獲得由「引力創新」提供的新款SpaceX獵鷹9 + 太空梭 + 土星五號
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，問答題、徽章樣式留在文末，通過留言方式即可參與有獎競答，當然還是建議你看完本文再答題，
這問題還是有點兒難度的
。
本文作者：
超級Loveovergold
，
已經為其開啟獨立讚賞賬戶
。在載人登月等太空探索任務中，為了使液體火箭發動機儘可能簡單，輕便，可靠，很多型號擯棄了沉重，複雜和易損渦輪泵，而直接採用氣體擠壓貯箱氣墊，進而直接將推進劑送入發動機噴注器。
圖1.擠壓式推進劑供應系統
另外也有火箭推進劑貯箱引入氣體進行增壓，一方面滿足泵的抽吸壓頭，防止氣蝕，另一方面也滿足類似半人馬「不鏽鋼氣球」此類薄壁貯箱的內壓要求；還有一些發動機
點火之前需要靠高壓氣體啟旋渦輪泵
，姿態調整需要用到冷氣推進。上述幾種情況下，都需要用到氣體增壓技術。
圖2.半人馬上面級，為了不鏽鋼氣球貯箱的增壓，帶了瓶瓶罐罐上天，真空可以不修邊幅
增壓通常採用氦氣、氮氣、推進劑的蒸汽或燃氣來實現。但由於運載火箭的液體推進劑一般約佔火箭起飛質量的80%～90%，因此，
需要的增壓氣體量是很大的
。
提供增壓氣體的增壓系統質量，一般約佔火箭結構質量的5～10％。
因此，選擇增壓氣體及增壓系統方案是運載火箭設計中重要的技術問題之一。
氦氣作為最輕的惰性氣體，選擇他作為增壓氣體是眾望所歸。在相同條件下，
排擠1立方容積推進劑所需要的氦氣質量僅為氮氣的1/7，氧氣的1/8，自生增壓氣體
（N?O?蒸汽及燃氣)
的1/11.5～1/14
（中學化學的知識，全面回憶一下）。
國內某型號三級火箭第三級
採用氦氣替代氮氣增壓系統後，質量減輕了80多千克
，相當於其運送衛星質量的1/9。
因此採用氦氣增壓，對減輕增壓系統質量，提高火箭的運載能力，效果明顯，特別是上面級火箭更為顯著。
但把氦氣帶上天卻並不是一件容易事！我們先從氦的性格說起。
一、最豐富也是脾氣最古怪的稀有元素-氦
氦（Helium），元素名來源於希臘文，
原意是「太陽」
。1868年法國的楊森（Pierre Jules César Janssen）在印度觀測日食時用分光鏡觀察陽表面，發現一條新的黃色譜線，認為是屬於太陽上的某個未知元素，因此起名叫氦。
（一）儲量最豐富：氦存在於整個宇宙中，按質量計佔23%，僅次於氫。
（二）含量非常少：氦實在太輕了，一不小心飛出大氣層，逃逸到空間！
因此大氣層中氦的濃度十分低，只有5.2萬分之一，是最為稀有氣體的一種
。作為α衰變的產物，自然界中主要存在於天然氣或放射性礦石中，通常而言，與鈾礦石共存的天然氣中氦氣含量極高，可以達到百分之七。
（三）密度非常低：密度僅有0.1785千克/立方米，密度僅次於氫氣，是最輕的惰性氣體。
圖3.分子量僅為4，又輕又極易泄漏逃脫
（四）性格很沉穩：氦在通常情況下為無色、無味的氣體，作為惰性元素之一，是最不活潑的元素。
（五）脾氣特古怪：但是氦氣的脾氣特別古怪，作為最難液化的氣體，
需要在零下268.93攝氏度，也就是4.22K，才變成液體
。1908年7月10日，荷蘭物理學家卡美林?奧涅斯（Heike Kamerlingh Onnes）是第一個液化了氦氣。1911年4月8日，他又發現，在4.2 K時，
浸入液氦中的固態汞絲電阻突然消失，即超導
（superconductivity）。另外氦是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質，直到1926年基索姆（Willem Hendrik Keesom，奧涅斯的學生）用降低溫度和增大壓力的方法首先得到了固態氦。在蘇聯，卡皮察（Pyotr Kapitsa）開始了一系列實驗來研究液態氦，從而
在1937年發現其超流性
（superfluid）。
圖4.超流體的液氦逆重力，爬上杯壁，滴落，直到空杯
二、低沸點成為氦貯存的大難題
運往太空的每一磅都必須精打細算！由於氦需要在零下268.93攝氏度才液化，
甚至比氫的沸點還低，因此成為除氫氣自身之外唯一能夠給液氫貯箱增壓的氣體
。但保證長時間這麼低的溫度難度很大，而氣態運送的效率又低。幾種方案一一分析如下：
（一）方案一：常溫（或環境溫度）高壓氣體貯存
這是將需要的增壓氣體貯存在氣瓶里，發動機工作時，從高壓氣瓶引出氣體，進入推進劑箱增壓或給發動機渦輪泵啟旋。這種貯氣式增壓系統廣泛用於各種型號的運載火箭和航天器，簡單、可靠。
圖5.土星5火箭三級(S-IV B)尾部的環境溫度高壓氦氣罐和極為複雜的管網
但是，由於高壓貯存，氣瓶結構質量比較大，因此增壓系統整體笨重、低效。如下圖，300K溫度下，23攝氏度，100個bar，也就是10MPa，密度也就大概15千克/立方米。
圖6.不同溫度和壓力下氦的密度
據美國統計，
一般貯存1千克常溫氦氣需要約10kg的結構質量，效率最低
。送到月球的每一克都需要斟酌！這種方案並非最佳。
（二）方案二：低溫氣體高壓貯存
隨著火箭的低溫推進劑應用，發展了一種低溫氣體高壓貯存技術。它利用推進劑箱的低溫推進劑作為冷源，將高壓冷氦氣瓶貯存在低溫推進劑箱里，以提高氦氣的貯存密度，減少氣瓶數量，減輕增壓系統的結構質量。如美國的土星V5 S-IC、 S-IV B及蘇聯「天頂」號都將低溫氦氣高壓氣瓶貯存在液氧或液氫箱，特別適合短時長的任務。
圖7.土星5火箭三級(S-IV B)把部分氦氣罐放在液氫進行低溫貯存，直徑27寸，鈦合金貯箱，8.46毫米的Ti-6AI-4V
也有不用低溫推進劑作為冷源，而是將低溫氦氣高壓貯存在夾有專用低溫液體(如液氮)防護套的氣瓶里，氣瓶的防護套用以流動的低溫液氮來保持低溫氦氣的貯存環境，直至火箭起飛，如美國的「宇宙神」。
但高壓貯存受到氣體壓縮性的限制，超過一定的壓力後，氣體的壓縮性變得鈍感，增加結構質量來換取密度增量的做法需要平衡。
低溫氣體高壓貯存，一般貯存1千克低溫氦氣（90K）需要約5kg的結構質量
。
不過阿波羅登月艙因為任務需要，發動機需要多次點火，採用了常溫的自然推進劑混肼50（航空肼，肼和偏二甲肼的50/50重量份混合物，詳見往期《我國長二丙一級落地，黃煙四起到底怎麼回事？——漫談運載火箭的推進劑》）和四氧化二氮，顯然沒有低溫可以供低溫氦氣罐保溫，這是一條死路。
（三）方案三：低壓液氦貯存
那麼，想盡一切辦法，
把溫度保持在零下268.93攝氏度，依靠液氦不斷蒸發維持液氦的低溫，呈液體-蒸汽兩相飽和平衡狀態
。但是這種方案，貯罐內存在液氣兩相，在低重力或失重環境下，兩相分離狀態，如果進行排氣和進入增壓工作需要液氦沉底，不符合任務要求且可靠性不佳。
怎麼辦？美國阿波羅登月計劃中率先對這個課題進行大膽探索，世界上首次採用超臨界氦貯存和增壓技術。不過先要講講什麼是超臨界（SuperCritical）。
三、氣非氣，液非液——超臨界態
物質存在的基本形式有氣、液、固三種狀態，但事實上還有一種狀態，叫做超臨界態。
組成物質的分子間都存在相互吸引和相互排斥的兩種作用力。打個比方，兩個氣體分子，好比是一對歡喜冤家，雖然彼此內心相互吸引（分子間存在相互吸引作用，可以認為不依賴於溫度），但在浮躁的氣氛下，碰撞不斷分子的相互撞擊而引起互相排斥，這是氣體壓強產生的原理。而且溫度越高，這種撞擊引起的排斥更為強烈。必須要冷靜冷靜！
圖8.氣體分子不停的做著無規則的布朗運動，互相撞擊產生了壓強
只有當氣體的溫度降低到一定程度的時候，才有可能使分子間的吸引作用大於分子間的排斥作用，使氣體變成液體。
而當分子間的吸引力和排斥力相等時，液、氣兩相呈平衡狀態的點叫臨界點，在臨界點時的溫度稱為臨界溫度（Tc），在這個溫度下讓氣體液化的最低壓力，叫做臨界壓力（Pc）
。1869年，Andrews首先發現臨界現象。不同的物質其臨界點所要求的壓力和溫度各不相同。例如氧的臨界溫度為154.8K，臨界壓力為5.03MPa，水的臨界溫度為374.15攝氏度，臨界壓力為225.65個大氣壓。
那麼當溫度超過臨界溫度時，無論外加多大的壓力，由於氣體分子之間的排斥力始終大於吸引力，因此再高的氣壓也不能使氣體液化。
實質上，溫度和壓力均處於臨界點以上的氣體是一種特殊的流體，它既不是氣體，也不是液體，稱為超臨界流體（supercritical fluid）。
它既具有氣體的性質，可以很容易地壓縮或膨脹，又像液體一樣，具有較大的密度，但它的黏度比液體小，有較好的流動性和熱傳導性能
。
氦的臨界溫度和臨界壓力分別為5.2K、0.223MPa，臨界溫度很低，但臨界壓力倒是不大，工程實現難度不高。
圖9.氦氣的各種狀態對於的溫度和壓強（氦氣並沒有明確的三相點）
在氦氣臨界點附近，適當增加壓力到達他的臨界壓力，就可使它的密度接近液體的密度，這種氦叫做超臨界氦（supercritical helium）。超臨界氦，密度可以通過壓強調製，在高壓下，甚至超過液氦的密度！
把壓力增加到10MPa，維持住低溫20K，-253攝氏度，密度達到147千克/立方米，甚至超過一個大氣壓下飽和液氦124.96kg/立方米的密度；即便在-193攝氏度，80K，密度也達到可以接受的51kg/立方米，這對於航天來說，意義重大。
圖10.在10MPa壓力下，超臨界氦的密度
四、超臨界氦貯存增壓技術——工程學上的大挑戰
用低溫和增壓方式hold住氦的超臨界狀態，液化氣體獲得高密度，同時在任務期內通過特殊技術儘可能防止熱傳導，三管齊下，工程學上難度不小，阿波羅計劃用了不少創新！
（一）高度隔熱的超臨界氦貯箱She tank
液氦貯箱是超臨界氦增壓系統中最核心的組件，雖然較常溫氦氣增壓及高壓冷氦增壓系統而言，超臨界氦貯箱的工作壓力較低，
但仍屬於高壓容器
，並且在深冷溫區(4K-10 K)，貯箱需要具有高強度、高度絕熱性、輕結構重量，才能在加註後待發直至任務完成期間，在高溫差(近300 K)下系統漏熱至最低，因此超臨界氦貯箱設計難度較高。
阿波羅計劃攻克的超臨界氦貯箱（supercritical helium (SHe) tank）技術，日蒸發率不大於1.5%，超臨界氦的貯存待機時長，達到了登月艙向月球轉移飛行期間131.5小時最長時間要求。
該技術採用真空雙層鈦合金球殼體（DEWAR，杜瓦瓶）：這種超臨界氦貯罐，考慮到重量輕的設計要求，採用球形貯罐結構，同樣內壓條件下，球形壓力容器所受的應力，僅為相同直徑和壁厚的圓筒壓力容器應力的一半，因此，
球形壓力容器的壁厚可減到同一直徑筒形壓力容器壁厚的一半
；在容積相同時，以球形壓力容器表面積為最小。因此，在同一工作壓力下，相同容積的壓力容器中以球形壓力容器的重量為最輕。材料，採用了鈦合金，輕巧堅固，最大耐壓達到2274psi（15.7MPa）。
圖11.黃色大罐，就是「SHe」，supercritical helium (SHe) tank，超臨界氦貯箱
鈦合金內球壁由5個玻璃纖維襯墊支撐在外球殼內，盡量減少傳導漏熱。雙層鈦合金環狀空間被抽成了真空，消除氣體對流，並採用了NRC-2這種當時最強、最輕的隔熱材料填充，也就是
鍍鋁聚酯薄膜
（aluminized mylar），這是杜邦公司在上世紀50年代左右開發的材料，
可以反射最多99％的光，包括遠紅外頻譜
，而且不像鋁箔、錫箔等容易破裂。1960年～1964年，NASA首先將其應用在氣球形態設計Echo被動通信衛星上，衛星氣球壁，由4.5微米厚的鋁箔塗覆在9微米厚的Mylar薄膜材料構成。
圖12.發射上天，氣球內部的30磅升華物資膨脹為直徑30米的「回聲」通信衛星
在阿波羅計劃中，定製的NRC-2厚度只有0.00025英寸，6.35微米，包裹內膽150層，消除輻射引發的熱漏
。
作為阿波羅計劃的副產品，鍍鋁聚酯薄膜已走入尋常百姓家，常常被用作應急情況下人體隔熱保溫。
圖13.你看這位老爺爺，冰天雪地危難中，就靠NRC-2隔熱保溫
圖14.由於高度絕熱，塗覆鋁的材料，也廣泛用於消防、冶金等行業。
這個高科技的「保溫瓶」在發射後可以工作131.5小時。超出時間，由於熱傳遞，內壓升高，貯罐可能會炸！為了防止意外，
氦貯罐配置了破裂膜片
（Burst Disk），它由兩個串聯的爆破片組成，下游爆破片出口處的推力中和器將逸出氣體轉向相反的方向，以防止產生單向推力（思考縝密）。
當貯罐壓力超過1881～1967psi，也就是12.8～13.6MPa時，彈簧屈服，爆破隔膜工作放氣，排出超臨界氦氣降壓。
圖15. 氦貯罐配置了破裂膜片（Burst Disk）
在實際任務中，破裂膜片還真用上了
，不過也就一次，也就是阿波羅13號的驚險搶救任務。
（二）氦的熱交換系統
液氦灌裝時，初始壓力為0.689MPa，-267.7攝氏度。隨著加註到系統工作時間之間的熱傳導發生，使得貯箱的壓力達到8.62MPa，-255攝氏度。不過讓氦按照擠壓推進劑的壓力要求源源不斷的送出，還離不開登月艙下降級發動機增壓系統的兩個熱交換系統。不妨從啟動的整個過程說起！
STEP1.推進劑箱體初始加壓
登月艙下降級推進系統DPS（Descent Propulsion System）中還有一個4500psi（31MPa）壓力的環境氦貯箱（ambient helium tank，下圖左側小罐），攜帶1.12磅（508克）氦氣，僅用於啟動。這部分氦氣通過壓力調節器，降壓到大約245 psi後，給四個推進劑箱體進行初始加壓。一路上經過兩個四通止回閥，允許僅在一個方向上流動，防止腐蝕性的四氧化二氮和混肼腐蝕上游部件。
STEP2.發動機啟動，加熱液化氦氣
利用環境氦氣罐提供的壓力，
下降級發動機首先啟動，建立推進劑的流動，使得燃料不能在換熱器中結冰，為超臨界氦的熱交換做好準備
。在下降發動機啟動後1.3秒，超臨界氦氣罐的爆破閥膜片破裂，超臨界氦氣進入雙通道燃料-氦氣熱交換器（下圖右側紅框對應1），在那裡22K的液化氦氣流出被燃料加熱至222K，並首先流入超臨界氦罐中的熱交換器（下圖上方紅框指示），將熱量傳遞給罐體內的液化氦氣，防止工作期間液氦貯箱壓力迅速衰減，保持超臨界狀態，確保在整個操作期間連續排出氦。
圖16.登月艙下降級推進系統DPS（Descent Propulsion System）的最終設計
STEP3.建立穩定的增壓工作過程
完成She內換熱的氦氣流過燃料-氦熱交換器的第二迴路（上圖右側紅框對應2），進行第二次燃料-氦氣換熱，使的輸送的增壓氦氣換熱到工作溫度266K，然後送去調節壓力並給推進劑箱體增壓。
STEP4.放空
每個推進劑罐通過泄壓閥進行保護以防止超壓，安全閥為260psi。
登陸後，由於溫度升高導致貯箱內壓力積聚，
宇航員會打開泄壓閥，燃料和氧化劑分開排放
（想一想，為什麼要分開，可以再聯想到毒發上面級的鈍化操作），超臨界氦氣最後排出，緩解貯箱壓力積聚導致的不受控排氣。
小時候，家裡用的液化石油氣罐（丙烷罐），遇到沒氣做不成飯的時候，用熱水瓶加熱罐體並搖晃，可以擠出一點氣，救個急做個飯（
有危險，不推薦
）。She罐內的加熱器帶來的好處與之類似，整個工作結束之後，余氦少，僅有3公斤，利用率高。
另外採用加熱氦氣的方式增壓，達到相同的增壓壓強卻可以減少氦氣的密度，減少了增壓所需的介質總質量。這是阿波羅計劃中，非常精妙的設計。
圖17.下降級發動機超臨界氦增壓系統工作參數
（三）氦的地面加註系統
由於低溫氦具有極低的蒸發熱和沸點溫度，比其他所有低溫劑都更低，保持液體和傳輸更為困難，因此，超臨界氦增壓系統需配備必須的地面專用加註設備。
地面輔助設備主要有液氦貯存和傳輸杜瓦瓶、調節裝置系統、流體分配組件及控制裝置。這些設備主要用來給火箭和航天器上超臨界氦貯箱進行預冷、加註和達到超臨界氦貯箱所要求的充填密度及貯存壓力。液氦加註是在發射準備期間現場進行，因此這些設備都需要置於發射塔架平台上，絕熱和結構體積、質量控制要求很高。
此外在超臨界低溫氦系統的試驗、加註、飛行中，都需要計量有關壓力、溫度、流量等參數。由於液氦溫度很低，採用一般的低溫計量設備並不適用。
必須有專用、適應液氦溫度，用於火箭和航天器的壓力、溫度、流量的感測器
。
五、漂亮的完成登月以及搶險任務
超臨界氦氣的貯存密度約為環境氦氣的八倍，
使貯存1kg氦氣需要的系統結構質量僅為3kg，從而使增壓系統的結構質量大為減輕
。在登月艙下降級中採用超臨界氦增壓系統，與貯存同等可用氦氣量的常溫氦氣貯存系統相比較，系統質量可減輕約160公斤以上，且
與液氦相比不存在兩相分離，安全性好
。
由於She罐的出色設計，即便從到內的熱量傳遞導致罐體壓力增加（最大值約為每小時10psi），但超臨界氦氣依舊可以在整個任務範圍內保持在安全的壓力。阿波羅11、12、14～17均順利完成任務。
美國航宇學會液體火箭委員會在總結液體火箭發展概況、展望發展前景時，將超臨界氦氣貯存增壓作為一項重大技術成就，並譽為一種技術革新。
圖18.22 公斤氦被存儲在超嚴密封的罐中（上圖黃罐），用於登月艙下降級發動機的增壓
即便沒有登月的阿波羅13號，超臨界氦增壓系統的設計也可圈可點。阿波羅13號於美國中部時間1970年4月11日13:13發射，但登月服務艙的氧氣罐由於電線短路爆炸了！
圖19.「休斯頓，我們遇到問題了」Jim Lovell（圖為阿波羅13號電影劇照）
這裡要說的是，由於服務艙的燃料電池因液氧泄漏無法供電，主發動機無法發動，作為唯一能夠提供變軌動力的登月艙下降級發動機（LMDE,詳見《舉火尋道六十年——地外著陸反推火箭發動機發展史揭秘》）臨危受命，負責進行彈道修正！發射後61小時29分43秒，登月艙下降級啟動，進入了繞月返回地球的軌道，並通過後續兩次中途修正和加速飛行，讓三名宇航員平安返回。這可都是SHe罐體一次次擠出來的生還希望......
圖20.在液氧罐爆炸之後，超臨界氦貯存增壓技術3次助力登月艙下降級發動機點火
阿波羅11號12號都在登月的時候用氦氣擠壓推進劑實現了月球上的平穩著陸，因此破裂膜片（Burst Disk）也就坐了冷板凳。不過在阿波羅13號的發射過程中，居然用上了！
LMDE在兩次三次點火後，由於換熱，超臨界氦罐壓力超標，在發射後108:54小時泄壓，並未發生意外
。
那麼大家也許會問，超臨界氦技術性能出眾，在阿波羅登月項目中是不是也用在其他地方？但回答是「NO」。對於工作時間更長的阿波羅服務艙、登月艙上升級，還是採用了高壓環境溫度氦氣罐，原因是相比登月下降級發動機，其他兩個發動機增壓系統的待機時間要求更長，而對減重的需求並不是那麼迫切。
六、馬斯克在調教氦氣上付出的慘痛教訓
對於LEO～GEO的發射行業，普遍的做法，是採用「方案二：低溫氣體高壓貯存」，用厚重的鈦合金罐體低溫貯存，從而滿足幾十分鐘～數小時的任務需求。
不過在科技高度發達的今天，SpaceX劍走偏鋒！ Falcon 9二級發動機的增壓系統，採用了3個鋁內襯的複合材料罐(Composite Overwrap Pressure Vessel ，COPV)貯存高壓氦氣，比鈦合金貯罐輕巧而且便宜，貯存在預冷液氧（-207度）的低溫環境，壓力為驚人的5500psi（37.9MPa），
380個大氣壓，達到較高的密度
。因此COPV直徑僅為60厘米，高1.5米，數量也減少為3個，
大幅減重
。
發射後，高壓氦氣加熱後輸送到航天煤油和液氧貯罐中，以確保兩個儲罐的內部壓力保持在恆定的50psi。
圖21.鋁內襯的複合材料罐(COPV)示意圖，來源NASA
但這條路上布滿荊棘，馬斯克兩度馬失前蹄！
先是在2015年CRS-7發射過程中，在二級火箭的液氧箱內，固定氦氣罐的支架由於強度不夠折斷，氦氣罐在巨大的浮力下脫離原位並碰撞破損，泄露出的高壓氦氣進入液氧箱使其壓力增大並最終導致火箭解體。
CRS-7事故
第二次是在2016年9月1日Falcon 9進行二級加註測試，按照測試計劃，在模擬發射前19.5分鐘加註液氧，在發射前13分鐘內加註氦氣。他們把液氧預冷到接近液氧冰點（-218.4度）的-207度，密度增加了8%，但緊接著，當氦氣擠壓入COPV罐體時候，其中一個罐體發生了爆炸，２億美元的AMOS 6衛星付之一炬，損失慘重。
Amos-6事故，這是獵鷹9迄今為止僅有的兩次事故，全都和二級的COPV有關
SpaceX在一份聲明中表示：「…the accumulation of oxygen between the COPV liner and overwrap in a void or a buckle in the liner, leading to ignition and the subsequent failure of the COPV…」氧氣積聚在COPV襯裡和外包覆物之間空隙中，導致點燃和隨後COPV的失效。
細緻的原因，官方一直沒有給出。筆者分析，COPV碳纖維與鋁內襯熱膨脹率不一致，超冷的液氧導致兩者分層產生空隙，液氧積聚在空隙中；高壓溫熱的氦氣擠壓注入COPV之後，鋁內襯膨脹擠壓，纏繞壓力貯箱的碳纖維被繃緊摩擦產生靜電，與液氧反應引發爆炸。（詳見往期文章：《如何按SpaceX的風格引爆一枚火箭——恢複發射前你應該知道的真相》）
後續SpaceX對推進劑加註時序進行了修改，目前連續發射成功。但NASA不久之前仍然表示，SpaceX如果進行載人發射，必須使用鈦合金氦罐體。
七、征服低溫氦，征途路漫漫
超臨界氦貯存增壓技術被大膽創新的科學家和工程師征服，但在登月項目結束之後，很長一段時間脫離了媒體的視線。好似屠龍劍法，沒有用武之地，被束之高閣。但事實上對於低溫氦的征程仍然路漫漫！
在太空天文觀測探索中，冷卻太空望遠鏡中的長波長紅外感測器，都涉及使用超流體氦來實現低於2K的溫度。其中第一個是紅外天文衛星（IRAS，The Infrared Astronomy Satellite），1983年1月25日發射，是美國，英國和荷蘭的聯合項目，該任務的主要目的是在8至120微米的紅外範圍內進行全天空測量。
圖22. 紅外天文衛星（IRAS，The Infrared Astronomy Satellite）
與大多數紅外衛星一樣，IRAS的壽命受到冷卻系統的限制。為了有效地在紅外區域工作，必須將望遠鏡冷卻到低溫。73公斤（161磅）的超流氦被裝在540升杜瓦瓶中，通過不斷的蒸發冷卻，使望遠鏡的紅外探測器溫度保持在2 K（-271 °C ）。不過10個月後，氦供應消耗殆盡，望遠鏡溫度升高，妨礙了進一步的觀測，花費巨大的任務在1983年11月21日結束了。
然後是是1989年的COBE（宇宙背景探測器，Cosmic Background Explorer），裝載650升1.6 K液氦，耗盡後，FIRAS和DIRBE儀器無法正常工作；2003年的斯皮策太空望遠鏡（Spitzer），2004年重力探測器B（GP-B）和2005年的X射線光譜儀（XRS），2009年寬視場紅外測量探測器發射升空（WISE,Wide-field Infrared Survey Explorer）均因為液氦耗盡退服。XRS最慘，發射後19天液氦冷卻劑蒸發，導致項目基本失敗。目前低溫液氦的技術還是沒有特別大的進展。
結束語
都說航天離我們很遙遠，阿波羅計劃是FAKE的懷疑者還大有人在。 而事實上，很多航天暗黑科技的發明已經實實在在的用在了造福人類上，比如特氟龍，比如上述敷鋁薄膜等等。
而本期主題說的低溫氦系統創新等，其實很多也離我們生活很近，液氦在磁共振成像（MRI）系統用於冷卻超導電子器件和磁性元件
。液氦變為氣態時會膨脹760倍，下圖為美國新澤西州動物醫院退役MRI機器因操作不慎發生大「爆炸」，現場一片狼藉，但不知道您有沒有注意到液氦隔熱罐上閃亮的敷鋁薄膜，正是拜阿波羅計劃所賜的創新。
圖23.液氦變為氣態時會膨脹760倍，因操作不慎，美國一台退役MRI機器發生大「爆炸」
希望航天科技能夠迎來下一個春天，作為老百姓能夠獲得更多的實惠，比如把核磁共振的體檢費用降下來……
參考：
1、R. BOYLAND, GRUMMAN AIRCRAFT ENGINEERING CORP., PROPULSION AND RCS ANALYSIS GROUP, BETHPAGE, N.Y《Testing and analysis of the lunar module supercritical helium pressurization system》
2、廖少英著《運載火箭和航天器的超臨界氦增壓系統》
我，一個孤獨的行者（ 新浪微博ID：超超級Loveovergold），原創不易，轉載請註明出處！
（全文完）
大家期待的問答時間到了，
作者本期提出的問題是：
無論是土星基礎級的冷氦貯存，還是馬斯克COPV的低溫高壓氦氣貯存，事實上都處在超臨界態，但為什麼在航天界僅認可了阿波羅登月艙的氣體增壓技術為——超臨界？而其它的氦增壓技術都不算做超臨界增壓？
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，作為其火箭燈產品的預熱：
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