在核聚變反應中,核子被迫進行聚合從而產生巨大的能量。大多數的聚變反應堆都是利用托卡馬克裝置將燃料限制在一個磁場之中來驅動聚變反應的。但是,托卡馬克裝置太重,並不適合用於火箭之上。因此,核聚變動力火箭必須要採用另一種觸發聚變的方法,即慣性約束核聚變。這種設計以高能光束(通常是雷射)來代替托卡馬克裝置中的磁場。當聚變反應發生後,磁場再引導熾熱離子噴向火箭尾部,實現核聚變火箭的推進力。
簡介,發展,
簡介
美國研究人員說,正在研製一種核聚變供能火箭,能夠大幅縮短人類駕駛深空間飛行器往返火星的時間。
發展
縮行程
深空間探索是人類夢想,人類已經登上地球衛星月球,而外行星成為載人探索的下一個目標。
美國總統貝拉克·歐巴馬上台後,跳過重返月球計畫,直接提出在本世紀30年代實現載人登入火星的計畫。但是,以現有技術看,載人飛往火星並不容易。
受動力所限,人類乘坐現有化學燃料深空間飛行器往返火星大約需要500天。在這段旅程內,長時間密閉環境、空間輻射等狀況有可能給太空人的身體帶來潛在健康風險。而且,化學燃料顯然無法滿足載人探索太陽系更遠行星甚至外星系的願望。
美國福克斯新聞網11日援引美國華盛頓大學航空學和航天學副教授約翰·斯勞的一份聲明報導:“依賴現有火箭燃料,人類基本不太可能飛離地球太遠。我們希望,能夠提供更加有力的能量來源,最終引領我們實現跨星球旅程。”
斯勞口中的新能量來源就是核聚變。核聚變是指由質量小的原子,主要指氘或者氚在一定條件下發生原子核相互聚合作用,生成更重原子核並釋放大量能量的反應。這種反應是太陽等恆星以及氫彈的能量來源。
斯勞估計,如果利用核聚變供能,人類往返火星的時間能夠縮短為30天至90天。
低花費
除去旅行時間較長這一缺點,載人探測火星的另一個難題就是巨額花銷。依據斯勞團隊的評估,光燃料費用,美國航空航天局就需要花費120億美元。
不過,如果成功運用核聚變供能,所需資金將低於這一數字,但斯勞沒有提到具體數額。
斯勞解釋核聚變供能原理時說,他的團隊把電漿注入火箭噴管,隨後與內部的鋰金屬環接觸,後者會在離子體周邊“崩潰”,壓迫電漿進入核聚變狀態。核聚變產生的巨大能量使鋰金屬在磁場中蒸發並且離子化,噴出火箭噴管,推動飛行器前進。一次核聚變供能過程只會維持數微秒,只要每分鐘重複一次這種反應,飛行器就可以獲得持續且強大的動力。
研究人員說,完成核聚變的難點在於如何讓電漿在磁場中受到高壓。依據實驗室測試結果,斯勞及其研究團隊開發出一種包裹在自身磁場內的電漿。
電漿受高壓後誘發的核聚變供能效率巨大,一粒沙大小的這種材料核聚變後釋放的能量與一加侖(約合3.8升)現有火箭燃料相當。
待融合
斯勞的研究項目先前獲得美國航天局“創新性先進理念項目”兩輪資金支持,已經完成分步實驗,有望在今年夏天末執行第一次融合測試。
斯勞在聲明中回應外界對核聚變安全性的質疑。他說,核聚變在火箭動力領域和氫彈領域套用方式不同,為火箭供能的核聚變反應釋放的瞬時能量遠遠低於氫彈爆炸。另外,利用強力磁場控制核聚變燃料,能夠給使它平穩供能,不會對飛行器或者太空人造成危害。
“我們希望,我們可以讓整個世界受益。事實上,(可控)核聚變距離我們沒有40年那么遠,也不總是需要花費20億美元。”