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十年前，美国宇航局最后一艘航天飞机的着陆标志着历史上最成功的太空计划结束。这是一个独特的飞船，航天飞机像火箭一样发射，像滑翔机一样降落在地球上，将宇航员运送到太空并返回，这个过程持续了30年。
世界上第一艘可重复使用的航天器由四部分组成——航天飞机本身，也称为轨道飞行器，加上一对固体火箭助推器和一个外部燃料箱。也许最容易识别的是外部燃料箱，这种熟悉的橙色结构在航天飞机起飞时占据了大多数图像中的主导地位。它超过15层楼高，是航天飞机整体结构中最大的部分。
喷涂在燃料罐铝上的泡沫绝缘材料使其获得了标志性的橙色。它可以防止超冷推进剂蒸发过快和外部积冰。燃料罐的主要工作是提供约 535,000 加仑（2025 立方米）的超冷液氢和向航天飞机的三个主发动机输送液态氧。氢气和氧气是最强大的推进剂组合之一，NASA 使用它的历史甚至可以追溯到 60-70 年前。
1960 年代，美国宇航局的 15,000 磅（6.8 吨）两级火箭半人马首次成功证明了液态氢作为火箭燃料的可行性。半人马完成了多项关键任务，为阿波罗计划中使用的土星 5 号火箭铺平了道路，这直接促成了 1960 年代和 1970 年代的成功登月。
喷涂在燃料罐铝上的泡沫绝缘材料使其获得了标志性的橙色
“液态氢在20世纪50年代真正得到大规模的使用，主要是受到国防相关活动的推动。当NASA在20世纪60年代早期开始使用它的时候，对氢的需求与性能有关。”NASA肯尼迪航天中心低温测试实验室首席研究员亚当·斯万格向我们解释。
“对于火箭推进剂，你总是使用液氧，然后你真的只有三种燃料可供选择——氢气、甲烷天然气和RP1精制煤油，在这三种组合中，液氢和液氧有最高的性能，一旦离开大气层进入太空，从性能的角度来看，液氧和液氢才是真正的发光燃料。”
“这就是为什么土星5号的第二和第三级使用这种组合的原因。第一级——每个人都会想到土星五号——有五个使用液氧和RP1的发动机。但第二和第三级是液氢和液氧，因为我们一旦进入太空就需要这种性能，这就需要我们在发射台上建造这些大型、复杂的低温存储和传输系统。我们在肯尼迪航天中心为阿波罗建造的发射台 A 和 B。它们的布局基本相同，而且它们都需要相当大的液氢和液氧系统来为火箭提供燃料。”
液态氢仍然是美国太空探索的标志性燃料，世界上的一个热门话题是它可以用来为未来的零排放商用飞机提供燃料。那么，今天 NASA 是如何获得氢气的呢？未来的氢会是绿色的吗？
“这是一个非常好的问题，也是一个非常受欢迎的话题，”斯万格回答道。
“佛罗里达州没有任何大型氢气液化设备，尽管很久以前就需要它，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。它已经用卡车运送了数百英里才能到达目的地。他们一波一波地来，一次大约有五个罐车左右。
“早期他们其实有专门的液氢轨道车，所以他们把液氢罐装在这些车上，用火车运输液体。但由于某种原因，这种方法很快就过时了，从那时起，公路罐车就成了首选方法。”
“回到绿色氢的问题，到目前为止，我不认为我们购买的许多液体是绿色的。这是目前全球范围内的一个巨大话题。每个国家向氢能过渡的驱动力工业实际上是由那里存在的潜在未来推动的，在那里你可以制造氢气或使用零碳排放的氢气。它是唯一可以赋予你这种能力的燃料。”
“而且我一直认为，从信息传递的角度，我觉得我们作为氢的技术推动者，在向我们传递宇宙的特殊礼物——氢方面做得还不够好！”
目前，世界上大部分液态氢是通过称为蒸汽甲烷重整（SMR）的过程生产的，该过程会产生大量二氧化碳。
“全球目标是从SMR过渡到电解槽。从经济上来说，完全过渡需要一段时间，因为SMR是一个比较完整的过程。但是氢气有不同的颜色，所以你仍然可以使用SMR和捕获CO2。会得到蓝色氢。会有一些桥梁让我们走向绿色。我认为它会很快完成过渡，因为有这样的动力让我们走向绿色，”斯万格说。
“回顾航天飞机计划和之前的几年，液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，因为它无关紧要，现在完全不一样了。”
“除了被用作火箭推进剂，NASA 还通过燃料电池获得了更多的氢经验，燃料电池被用于阿波罗和航天飞机，作为太空中电力和水的主要来源。”
“燃料电池是推动整个氢能源企业发展的关键技术之一。 NASA 从事燃料电池业务已经有一段时间了，”斯万格热情地说。
“与当前版本相比，阿波罗和航天飞机中使用的燃料电池非常庞大且效率低下。现在您可以获得真正有效的产品，我可以将它们放在桌面上。”
工人们正在从航天飞机上取下燃料电池
“氢之所以如此神奇，不仅在于它可以以液态的形式在世界各地输送大量能量，即作为一种能量载体，而且它还可以延伸到微观层面的使用，从个人车辆到火箭。”
“而且燃料电池确实是主要的驱动力，因为如果你制造出这些非常高效的电池系统，并且让它们变得非常小且具有成本效益，那么只要你有可用的氢，你真的可以把它们变成任何东西。”
“燃料电池不需要液体，它们只需要气体。从液体用途来看，液氢本身的最终用途并不多。火箭发动机恰好是当时实际消耗液氢的少数发动机之一最终用途。”
“基础设施现在是一个挑战，我们正在努力建造它，但如果你有可用的氢，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，这确实促进了该领域的加速发展。并大规模采用。”
美国宇航局的液氢储罐
谈到与当今广泛使用的液化天然气 (LNG) 相比，氢气面临的进一步挑战，斯万格继续说道，“液态氢比 LNG 冷得多，液化和加工需要更多的能量，这是很多科研团队正在做的事情。 我们现在正在努力研究如何将我们所知道的（我们已经做了几十年）的 LNG 存储应用到大型液氢罐上，以及我们需要解决哪些差距。 有挑战，但在我看来，这些都是可以实现的。”
随着美国宇航局展望即将到来的阿尔忒弥斯任务，将美国宇航员送回月球，氢将继续发挥其关键作用。 航天局刚刚完成了肯尼迪航天中心世界上最大的液氢储罐的完工工作，该储罐将为太空发射系统 (SLS) 火箭提供燃料。
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