含能材料︱从枪炮到火箭，承载了多少人类的野心和梦想

打开凤凰新闻，含能和梦查看更多高清图片作者/星空下的材料︱夹心糖编辑/菠菜的星空今天我们来讲一个爆炸的行业，就是枪炮炸药。达到火箭推进器（燃料），到火小到烟花炮竹，箭承凡是载多你理解的炸药都有个更斯文的名字——含能材料。含能材料本身具有极高的少人能量 ，具有爆炸性基团或者由氧化剂和燃烧剂组成  。野心含能材料是含能和梦各类武器系统(包括弹道导弹和巡航导弹)必不可少的毁伤和动力能源材料，是材料︱炸药、发射药和推进剂配方的枪炮重要组分，主要用于军事和航空航天，到火也少量用于生产生活。箭承含能材料分类01含能材料，载多老树开新芽含能材料的少人应用具有悠久的历史 。人类历史上第一种炸药是黑火药 ，由硝石硫磺和木炭组成。自黑火药发明以来，枪炮取代冷兵器成为战争的主要攻击手段 。可以说
，含能材料深刻而广泛地影响了人类的历史，改变了战争形态，重塑了人类社会。时至今日，含能材料不再仅仅与战争和流血相关，含能材料还可以用于航空航天。卫星飞船和空间站均是通过火箭运送至太空 ，而火箭装载的推进剂则是含能材料的重要应用之一。另外，含能材料还可以用于自然资源的开发
、采矿
、建筑拆迁 ，并能帮助我们在危险地带修建公路和铁路
。当前
，含能材料技术已被世界各国视为可影响国家安全的战略性技术 ，花费重金进行研发，并对相关研究采取保密措施。含能材料科学集材料工程、基础科学研究和制造工艺技术为一体
，是衡量一个国家新材料研发的风向标 。02液体推进剂和固体推进剂形成错位竞争火箭推进剂是含能材料的重要应用。火箭发动机依靠推进剂从尾部高速喷出产生的反作用力推动火箭高速运动 ，最终克服地球引力升入太空
。推进剂可分为液体推进剂和固体推进剂，其中前者是主流 。液体推进剂以液体形态进入发动机，具有比冲高、发动机推力可调节 、发动机可多次启动及脉冲工作等优势，在大型运载火箭、航天器姿态控制等领域占据支配和统治地位。目前世界各国使用的液体推进剂主要是液氧+液氢 、液氧+煤油
、四氧化二氮+偏二甲肼、液氧+甲烷等。不过
，液体推进剂也有流动性
、易泄漏的特性，不能提前加注或带推进剂运输，发射准备周期较长 。著名的火箭发动机以及其使用的推进剂资料来源
：雪球固体运载火箭是火箭家族的“少数派”，但从未被各个国家忽视  。固体运载火箭具备成本低 、结构简单、维护操作方便和发射准备时间短等突出优点，可满足快速响应发射以及低成本发射的需求
。中国在固体运载火箭的研发上具有领先优势
。当前  ，我国拥有长征十一号、快舟一号甲 、捷龙系列、力箭一号等多款固体运载火箭，具备了从百公斤到1.5吨的运载能力，同时兼具成本低、适应性强等特点。例如，捷龙三号火箭实现500公里太阳同步轨道运载能力1.5吨，兼顾海上发射和陆地车载发射，整箭发射服务每公斤载荷价格不超过1万美元，综合性能达到世界一流水平。固体运载火箭和液体运载火箭实现错位竞争。液体运载火箭历史悠久，技术成熟，且已经形成完善的配套技术和产业链，但近些年发展不大  ，毕竟可供选择的推进剂也就那么几种，主要用于大型飞船和航天器的发射，是航空航天的主力军。固体火箭发动机测试不过
，并不是所有的飞行任务都需要大运载质量 、远距离高轨道的运载火箭 。随着小卫星市场的蓬勃发展，以及军事航天对快速响应的需求 ，固体运载火箭的市场空间也越来越大，主打的就是“便宜”和“快”。在这方面，固体运载火箭具有明显优势  。根据Global Market Insights的最新研究报告，到 2032 年，火箭推进市场规模预计将超过 100 亿美元 
，固体燃料也将获得持续增长，年复合增长率约为5%  。全球火箭推进剂市场测算03寻找更好的含能材料相比起来 ，固体运载火箭的技术尚不完全成熟，全球科研院所、企业和军工单位投入大量精力从事推进剂含能材料的研究
。研制成功并应用于各种火箭导弹的固体推进剂含能材料主要有双基推进剂、复合推进剂 、改性双基推进剂等。固体火箭推进剂发展历史当前 ，人类对于固体推进剂的要求也越来越高，细分起来，指标大概有以下几个：首先是追求更高的能量。火箭造价昂贵 
，因此有必要“每克必争”
。高能量、高质量比和高比冲的推进剂对于降低火箭质量、提升运载能力尤其重要。近几十年来，学术界持续在寻找铝粉更好的金属燃料和比高氯酸铵更好的氧化剂替代物，目前受到关注的超高能含能材料包括高活性金属 、氮原子簇材料、金属氢材料等 。例如
，氮原子簇材料N5推进剂的比冲是腈推进剂的2~3倍 ，固态金属氢的推力则相当于液氢/液氧火箭燃料的5倍，这些材料如能研发成功并量产
，将有望广泛用于小体积、远射程的固体火箭当中 。其次是追求安全性
。毕竟没有人会希望自己的火箭一碰就碎 
、一点就着
，更不希望在发射前爆炸。另外 ，不安全的推进剂也会大幅提升后勤负担，安全性也是经济性的体现 。针对火箭安全性问题 ，以美国为主的国家首先提出了低易损性固体推进剂的概念，中国也相继建立了相关的行业规定和评估标准 。最后是追求绿色环保
。火箭发射不同于战争 ，不能不在意后果，不能以牺牲环境和健康为代价，无毒环保的推进剂才是未来。我们希望推进剂原材料毒性小、节能环保 ，可实现原材料及试样回收再利用 。新技术的进步也在促进含能材料的发展 。含能材料的范畴也从化学拓展到特殊结构材料、超分子材料  、核同质异能素、反物质等领域，越来越先进 ，甚至越来越“科幻” 。大数据分析、人工智能 、3D打印等平台型技术的发展，也帮助我们精准分析成分 ，定量模拟结构
，从而实现目标新型含能材料的快速筛选、精准合成和精细加工。人类从来没有放弃飞天的梦想。从枪炮到火箭的历程，是含能材料的一小步
，却是人类文明的一大步。

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