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就在十年前，美国宇航局的航天飞机最后一次在美国着陆，标志着历史上最成功的太空计划之一的结束。一艘与众不同的飞船，航天飞机像火箭一样发射，然后像滑翔机一样降落在地球上，将宇航员运送到太空并返回太空长达 30 年。
世界上第一个可重复使用的航天器由四个元素组成——航天飞机本身，也称为轨道器，加上一对固体火箭助推器和一个外部燃料箱。也许最容易辨认的是外部油箱，熟悉的橙色结构在航天飞机起飞时的大多数图像中占主导地位。它有超过 15 层楼高，是穿梭机栈中最大的部分。
从喷涂在油箱铝结构上的泡沫绝缘材料中获得其标志性的橙色，以防止超冷推进剂蒸发过快和外部积冰，油箱的主要工作是提供约 535,000 加仑的超冷液氢和向航天飞机的三个主发动机输送液态氧。氢气和氧气是性能最高的推进剂组合之一，NASA 使用它的历史甚至可以追溯到航天飞机计划。
NASA 的 15,000 磅推力二级火箭 Centaur 在 1960 年代首次成功证明了液态氢作为火箭燃料的可行性。Centaur 执行了几项关键任务，为阿波罗计划中使用的土星五号火箭铺平了道路，从而在整个 1960 年代和 1970 年代成功登陆月球。
“大规模的液态氢在 1950 年代真正起飞，主要是由国防相关活动推动的。当 NASA 在 1960 年代初期开始使用它时，对氢气的需求与性能有关。这仍然是它的全部内容，”美国宇航局肯尼迪航天中心低温测试实验室首席研究员亚当斯瓦格向 H2 View 解释道。
“对于火箭推进剂，你总是会使用液氧，然后你真的只有三种燃料选择——氢气、甲烷或天然气，然后是我们所说的 RP1，它是精制煤油。在这三种组合中，液氢和液氧是性能最高的一种。一旦你离开大气层进入太空，从性能的角度来看，这就是液氧和液氢真正闪耀的地方。
“这就是为什么土星五号的第二和第三阶段使用这种组合。第一级——每个人都认为土星五号的巨型级——有五个使用液氧和 RP1 的发动机。但是第二级和第三级是液氢和液氧，因为一旦进入太空，我们就需要这种性能。这要求我们在发射台建造这些大型、复杂的低温储存和传输系统。我们在肯尼迪为阿波罗建造了发射台 A 和 B。它们基本上是相同的布局，但它们需要相当大的液氢和液氧系统才能为火箭提供燃料。”
液氢今天仍然是美国太空探索的标志性燃料，目前全世界的一个热门话题是它可以用来为明天的零排放商用飞机提供燃料。那么美国宇航局今天如何获得氢气，未来它会是绿色的吗？
“这是一个很好的问题，现在是一个非常流行的话题，”斯旺格回答道。
“佛罗里达州没有任何大型氢气液化器；虽然很久以前就有了。我们从墨西哥湾沿岸地区（阿拉巴马州或路易斯安那州）采购液态氢。它一直被卡车运送到数百英里，才能到达垫子。他们一波波地涌来，一次五艘左右。
“在早期，他们实际上有液氢轨道车，所以他们将穿过液氢罐的轨道放在垫子上，并通过火车运送液体。但由于某种原因，这种方式很快就过时了，从那时起，公路油罐车一直是首选方法。
“但回到关于绿色氢的问题，到目前为止，不，我认为我们购买的液体中没有多少是绿色的。这是目前全球范围内的一个巨大话题。推动每个行业向氢能过渡的动力实际上是由存在于那里的潜在未来推动的，在那里您既可以制造氢，也可以使用零碳排放的氢。它是唯一可以赋予您这种能力的燃料。
“而且我一直认为，从消息传递的角度来看，我觉得我们作为氢的技术社区和推动者，在传达宇宙给我们氢的一份特别礼物方面做得还不够好！事实是，我们提供此选项只是一个巧合。不一定必须有一种燃料既可以制造又可以零碳排放地使用，如果我们有意愿，我们就可以使用它，并且可以找出技术部分，我认为这就是一个重要的话题。”
目前，世界上大部分液态氢是通过称为蒸汽甲烷重整 (SMR) 的过程产生的，该过程会产生大量二氧化碳。
“全球的目标是用电解槽从 SMR 过渡。从经济上讲，完全过渡需要一段时间，因为 SMR 是一个完善的流程。但是氢气有不同的颜色，所以你仍然可以使用 SMR 并捕获 CO2，你会得到蓝色的氢气。会有那些桥梁颜色让我们进入绿色。我认为它会相当快地接管，因为有这样一种推动事物走向绿色的一面，”斯旺格说。
“回顾航天飞机计划和之前，液态氢是一个非常小众的东西。没有多少行业使用它，它远离每个人的视线，我认为没有人真正关心它是如何生产的，因为它只是无关紧要。现在完全不一样了。”
除了用作火箭推进剂之外，NASA 还通过燃料电池获得了氢气方面的更多经验，燃料电池在阿波罗和航天飞机飞行器中用作太空中电力和水的主要来源。
“燃料电池是推动整个氢能企业发展的关键技术之一，美国宇航局从事燃料电池业务已有一段时间了，”斯旺格热情地说道。
“与他们现在拥有的用于阿波罗和航天飞机的燃料电池相比，它们非常庞大且效率低下。现在你可以得到真正有效的，我可以放在桌子上。
“使氢如此惊人的原因不仅在于它能够以液态形式在世界各地移动大量能量，即能量载体方面，而且还一直到微观使用水平，从个人车辆到火箭。
“而燃料电池确实是推动这一进程的主要动力，因为如果你制造这些非常高效的燃料电池，并且将它们做得非常小且非常具有成本效益，那么只要你有可用的氢气，你就可以真正将它们放入任何东西中。
“燃料电池不需要液体，它们只需要气体。从液体使用的角度来看，液体本身的最终用途并不多。火箭发动机恰好是少数在最终使用点实际消耗液体的发动机之一。
“基础设施现在是一个挑战，我们正在努力建立它，但如果你有可用的氢气，那么你几乎可以使用燃料电池为你想要的任何东西供电。因此，这确实推动了这一领域的大量加速和采用。”
谈到与当今广泛使用的 LNG 相比，氢气面临的进一步挑战，Swanger 继续说道，“液态氢比 LNG 冷得多，液化和处理需要更多的能源。这就是许多社区现在正在努力的地方，以弄清楚如何将我们所知道的 LNG 储存（我们已经做了几十年）应用到大型液氢罐中，还有什么差距我们需要解决。有挑战，但在我看来都是可以实现的。”
随着 NASA 展望即将到来的将美国宇航员送回月球的 Artemis 任务，氢将继续发挥关键作用。航天局刚刚对肯尼迪航天中心世界上最大的液氢储罐进行收尾工作，该储罐将为太空发射系统 (SLS) 火箭提供燃料。
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