什么是低温发动机(Cryogenic Engine)？

低温发动机通常是一种火箭发动机，其设计目的是使探测器脱离地球引力，将探测器送入空间，或将卫星送入轨道。它们使用的液体燃料冷却到很低的温度，而在正常的大气压和温度下，液体燃料将处于气态，如氢气和氧气。这些燃料燃料被用于两种主要设计中的一种来产生推进力。要么氢气作为燃料汽化，然后由氧气的氧化剂点燃以产生标准的热火箭推力，要么它们混合在一起产生超热蒸汽，从发动机喷嘴流出并产生推力。土星五号火箭，它使用了低温燃料，推动了阿波罗11号登月任务。截至2011年，有五个国家已经成功测试了低温发动机推进系统。这些国家包括美国、俄罗斯、中国以及法国和日本。在德国拉姆鲍兹豪森的德国航空航天中心工作，印度最近还在2009年进行了一种由印度空间研究组织（ISRO）生产的低温火箭设计的实地测试，这导致了试验车的灾难性故障。液氢通常用作低温发动机的燃料。火箭燃料的低温工程至少从20世纪60年代土星V火箭的设计开始就已经存在，用于美国阿波罗登月任务。美国航天飞机的主发动机也使用低温储存的燃料，俄罗斯和中国用作核威慑的洲际弹道导弹（ICBMs）的早期型号也是如此液体燃料火箭比固体燃料火箭有更大的推力和速度，但是储存在空燃料箱中，因为燃料很难维持，并且随着时间的推移会使发动机阀门和配件退化。使用低温燃料作为推进剂需要燃料的储存设施，因此，在需要的时候，它可以被泵入火箭发动机的储液罐。由于由低温发动机驱动的导弹的发射时间可能会延迟几个小时，而且燃料的储存也有风险，美国在20世纪80年代改用全固体燃料的核洲际弹道导弹。低温工程涉及制备和储存大多数传统液体燃料火箭所用燃料。液氢和液氧的储存水平为-423°F（-253℃）和-297°F（-183℃），这些元素很容易获得，为火箭推进提供了液体燃料最大的能量转换率，因此，它们已成为每个致力于低温发动机设计的国家的首选燃料。它们还为化学火箭推进产生了已知的最高比冲率，最长可达450秒。比冲是衡量每单位燃料消耗动量变化的量度。产生440比冲的火箭，如航天飞机在真空中的低温发动机将达到每小时9900英里（15840公里每小时）的速度，这足以让它在地球周围的衰变轨道上保持很长一段时间。低温发动机的一个新变化是美国国家航空航天局（NASA）开发的通用可扩展低温发动机（CECE）。它使用典型的液氧和氢燃料，但整个发动机本身也是过冷的燃料混合后产生5000华氏度（2760摄氏度）的过热蒸汽，作为火箭推力的一种形式，可以从略高于100%到10%的推力水平上下调节，以便在月球表面等着陆环境中进行机动。这台发动机早在2006年就已经通过了成功的测试，并且可以在这两种情况下使用未来的火星和月球载人任务。氧气可以用作低温发动机的燃料。