核聚变火箭

火箭种类

现有技术让宇航员往返火星约需500天，但美国科学家正研制一种利用核聚变技术驱动的火箭，可将往返时间缩短至半年左右。他们预测，数十年内核聚变火箭就将帮助人们进行火星等深空探索。

简介

科学家设想了使用核聚变火箭将人类送入火星轨道的新蓝图，艺术家构思的核聚变火箭配备了太阳能电池板，主要用于宇宙飞船启动段的能量收集。来自华盛顿大学的研究人员称，人类一直无法实现快速行星际航行，核聚变动力技术将为我们带来新的能量源，采用与太阳类似的聚变反应。该机构的科学家正在雷蒙德空间推进公司进行聚变火箭动力的研究，将其应用于深空航行还需要扫除很多障碍，比如建造成本高昂，飞行过程中能否确保宇航员的健康等。

华盛顿大学科学家试图打造全新概念的核聚变火箭，采用磁场控制炙热的等离子体流，使之在被压缩等过程后释放出聚变能量。

设计原理

华盛顿大学航空航天学副教授约翰·劳斯认为利用现有的化学能火箭几乎不可能完成地月系之外的行星际载人探索，形成对火星乃至更远天体的探索需要一个更强大的能源，由该机构研究小组提出的核聚变宇宙飞船前往火星计划已经有了详细的计算机建模和初步实验结果，并获得了第二轮研究经费。科学家设想的核聚变火箭采用等离子体喷射流技术，将蓝色的等离子体流注入火箭喷嘴，在各层金属环（锂金属）结构控制的压力室内被压缩，将能量突然释放出来，使得锂金属在磁场控制下的喷嘴区域蒸发、电离，由此产生了可驱动火箭前进的推力。

NASA估计依据现有的宇航技术，人类要往返火星需要超过四年的时间，大型化学能火箭打造出的空间系统非常昂贵，发射成本估计会超过120亿美元，研究小组计算显示，使用了核聚变动力后，前往火星探索任务期大约在30至90天，新型动力会使空间旅行更加实用、成本更低。但是，这一技术真实可行吗？约翰·劳斯认为实验室测试已经取得了部分成功，当前需要将单独的测试实验进行合并，科学家已经研发出使用磁场控制的等离子体流，并成功在实验室中进行了测试。

研究小组设计的核聚变火箭只需要质量很低的核材料，一粒沙子大小的核材料相当于一加仑的火箭燃料，聚变系统中会形成强大的磁场，将等离子体压缩，点燃核聚变的过程仅几微秒，可在极短的时间内释放出足够的能量。整个过程可被快速重复，这样就能产生推力驱动宇宙飞船。

核聚变发动机喷嘴部位的示意图，蓝色表示等离子体流的注入情况，红色环结构是锂金属环

华盛顿大学等离子体动力学实验室使用两个巨大的高强度铝磁铁模拟聚变动力火箭，从某种意义上说，新型核聚变装置是通过压缩等离子体流形成聚变能量，科学家准备在今年夏天进行一次实验，支持该系统的设备和工艺上较为简单，将电容器与巨大的磁铁进行接挂，触发电容器的同时还将提供100万安培的电流，短时间内作用于磁铁并快速压缩金属环，这些机械的加工工艺和仪器使用都十分简单，甚至可以在宇宙空间中进行设计作业。

使用核聚变技术的宇宙飞船在制造过程中也会引起巨大的关注，这是因为核聚变的原料制造流程与核武器存在一定的关联，在使用方式上就存在许多不同的地方，在科学家约翰·劳斯的构思下，将核聚变打造成火箭的动力，可以减少对化学能火箭的依赖，新型概念的核聚变火箭会使用一个强大的磁场将参与核聚变反应的材料控制住，并驱导聚变物质的行为，使之远离宇航员。

工作原理

所谓核聚变，是指两个或两个以上原子核结合反应，从而获得巨大能量。太阳与恒星发光发热，就是因为它们的内部发生了核聚变反应。人类还根据核聚变反应制造出氢弹。

核聚变火箭工作原理是，先将氢的同位素氘氚等离子体注入一个金属室，然后利用磁场压缩等技术让等离子体发生核聚变，从而获得驱动能量。飞船上还装有太阳能电池板以收集太阳能，提供触发核聚变所需的初始能量。研究人员说，他们正制造与真实火箭工作时差不多大小的核聚变实验设备，希望2014年能取得突破。

主要任务

美国总统奥巴马已提出，美国要在2030年中期将美国宇航员送上火星。因此，研制更先进的推进系统成为美国航天局的一个主要任务。美国航天局通过“创新型先进理念项目”给MSNW与华盛顿大学组成的核聚变火箭研制小组提供资金支持。

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