星際衝壓發動機又稱巴薩德衝壓發動機(Bussard Ramjet)，因為它是美國物理家巴薩德(Robert W. Bussard)在1960提出來的，典型的巴薩德衝壓發動機其實也是一種核聚變發動機。
基本介紹
- 中文名：星際衝壓發動機
- 外文名：Star ramjet
- 別名：巴薩德衝壓發動機
- 起源：美國
- 創始人：巴薩德
簡介,套用難點,相關作品,可行分析,
簡介
星際衝壓發動機又稱巴薩德衝壓發動機(Bussard Ramjet)，因為它是美國物理家巴薩德(Robert W. Bussard)在1960提出來的，典型的巴薩德衝壓發動機其實也是一種核聚變發動機。除使用光帆外，任何飛船都需要攜帶大量燃料，並浪費許多能量來運送這些燃料。光帆雖然解決了這個問題，但卻缺乏靈活性，難以進行隨意的加速減速和軌道調整。而使用星際衝壓發動機的飛船可以不犧牲靈活性而解決燃料攜帶方面的問題。因為核聚變的燃料氫在星際空間中到處都是，只要在飛行的途中把它們蒐集起來送進反應爐中就可以了。
Alan Bond在1974年提出了對巴薩德衝壓發動機的一個改進型設計方案，被稱為衝壓增強型星際火箭(ram-augmented interstellar rocket，簡稱RAIR)，這個方案中把收集的星際氫原子用作反應物料(reaction mass)而不是唯一的核聚變燃料，從而繞開了在氫熱核反應中遇到的困難。在這種星際衝壓發動機內部，注入的質子束(也就是被電離的氫原子)被減速到大約1百萬電子伏特，然後用它們轟擊用鋰-6或硼-11製成的標靶。鋰和質子或者硼和質子的聚變容易發生，而且比其它類型的熱核反應釋放出更多的能量，這些能量就施加於將被噴出發動機的物質流上，讓它們產生高速，從而增加推力；而在噴口那裡，當初讓注入的物質減速而產生的能量也被加回到噴出的物質流上。
甚至還有更高效的方式，被稱為催化型RAIR。在星際衝壓發動機內，當注入的物質流被壓縮後，加入一點反物質，其反應不僅比核聚變更劇烈，釋放能量更多，而且可以在低得多的溫度下發生。根據一種預期，釋放的能量可以讓1萬噸重的反物質催化衝壓增強型星際飛船以1g的加速度前進，而且只需要內徑3.5米的反應爐來保持每立方厘米1018個粒子的密度。但這個方案的缺點卻是要儲存大量反物質以用於星際飛行。
使用星際衝壓發動機的飛船快要到達目的地需要減速的時候，只要打開磁場，但不啟動發動機，就可以用磁場在行進中形成的阻力減速，而且還可以乘機囤積一些氫，以備飛船速度減到6%光速以下的時候使用。然後就可以象使用其他類型發動機那樣掉個頭，讓船尾朝前，啟動發動機減速，直到下降到適合的速度進入環繞目標的軌道。
套用難點
第一，這個飛船的速度必須首先達到光速的6%才能讓發動機開始工作，因為只有達到這個速度，才能讓氫收集器收集到足夠的氫作為燃料；可是光速的6%，也就是每小時6400萬公里的速度對於人類技術來說實在是個遙不可及的目標。
第二，技術無法使用普通的氫來進行熱核反應，所收集到的氫中，只有1%是適合能作為燃料使用的氫同位素氘和氚，也就是說絕大部分都是谷糠只有小部分才是米，這會讓加速度根本達不到1g，而可能僅僅是地球重力加速度的1/1000而已。
第三，如此，這個磁場漏斗的直徑需要高達5萬公里以獲取足夠的燃料，但當高速飛行的時候，這個磁場將產生巨大的拖滯效果，就如同我們推著一個大木盆游泳時的效果一樣，通過計算，這樣的飛船其實無法達到接近光速的速度，最多只能達到光速的16%，雖然這也是相當高的速度，但要想在太空人有生之年環遊宇宙就成了泡影。
第四，這個磁場如何運作也有難點，因為當磁場的磁力線在燃料收集口匯聚到一起的時候，磁場就開始把所有的離子彈開而不是繼續拉進來，結果這個磁場漏斗變成了個磁力瓶，把星際物質收到飛船前面變成一個圓錐體，但卻阻止它們作為燃料注入發動機。一個解決辦法可以是利用脈衝磁場，不斷展開和中斷，但這個套用方式卻有相當大的難度。
第五，這個飛船需要提供大量能量給磁場以及電子束或者雷射，對於一艘無人飛船來說，磁場要超過1千萬特斯拉(特斯拉：磁通量密度的國際單位，等於一韋伯/平方米)，產生這樣的磁場無疑需要巨大的能量，更不用提用來將大範圍的原子電離的雷射或者電子束了。
第六，星際物質中除了氫外還混合大量的其他原子以至分子，對於熱核反應會起什麼影響還不知道。
相關作品
Poul Anderson在他的作品Tau Zero(中文譯名《τ–零》或者《宇宙的過河卒子》)中對於一個失控後高速飛行的星際衝壓飛船上所發生的事情進行了描寫
可行分析
星際物質的密度是極其稀薄的，即使是密度相對大的星雲中的物質密度仍舊比我們在地球上製造出來的真空更稀薄。以氫原子計算，銀河系的星雲之間平均每立方厘米只有1個氫原子，而比較高密度的星雲也只能達到每立方厘米100個氫原子。所以這種飛船上需要安裝一個巨大的漏斗形氫採集器(由於這個漏斗，英文中星際衝壓發動機也叫Ramscoop)，按照巴薩德最初的計算，如果一個1千噸重的飛船以1g的加速度前進(1g加速度的好處是正好可以形成等於地球上重力的人造重力)，在高密度的星雲中就需要採集1千平方公裡面積上的燃料，而在低密度的星際空間需要採集1萬平方公里。這么大的漏斗實在太過於巨大了，一個面積1萬平方公里1毫米厚的聚脂薄膜也要25萬噸重，何況這不是平面而是漏斗形。
當然，我們並不需要一個這么大的漏斗，可以通過向前方發射雷射或者電子束來將星際物質的外部電子擊開形成離子，然後利用磁場收集，這個磁場漏斗的延伸範圍甚至可以比巴薩德最初設計的漏斗更大，而實體漏斗本身則可以做得比較小甚至不要。
按照構想，由於飛船擁有無限的燃料補給，所以它可以一直加速直到接近光速，在這樣的速度下，愛因斯坦的相對論效應將發揮明顯的作用，從而在飛船的成員看來可以在20年裡就抵達銀河系的中心(當然，只是因為飛船的高速才導致的時間變慢，在地球人看來仍舊需要3萬年才能到)，甚至能在他們的有生之年環繞宇宙。
星際衝壓推進
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