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人类必须放弃化学能火箭:核聚变为终极目标  

来自惊鸿岂止一现   2013-06-13 21:29:28|  分类: 宇宙奥秘 |举报 |字号 订阅

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人类必须放弃化学能火箭:核聚变为终极目标





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人类必须放弃化学能火箭:核聚变为终极目标



 

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人类必须放弃化学能火箭:核聚变为终极目标
    来源:腾讯科学 


【导读】美国宇航局科学家提出人类需要发展核聚变发动机技术,这样的动力系统才是未来星际旅行的基础,传统的化学能火箭无法将人类送往更远的深空。

腾讯科学讯(Everett/编译)据国外媒体报道,美国宇航局科学任务理事会副主任约翰·格伦斯菲尔德认为人类必须研制出核聚变动力的火箭,传统的化学能火箭不适合进行星际旅行,即便是在太阳系之内的行星际飞行,核动力火箭将提供更快的速度和强大的能量源,也可以解决登陆其他行星时所遇到的能源问题。核聚变火箭将大大缩短深空飞行的时间,为人类充分探索和利用太阳系开辟道路,美国宇航局目前正在研制核动力火箭动力系统,此类发动机将是下一个重大的科技飞跃,可以想象,如果我们能在一两个月之内前往土星,那将是多么美妙的情景。

 

核动力技术可为星际航行带来强大的能量源和续航力,如果进行火星之旅,可减少宇航员暴露在宇宙射线下的风险,人类如果需要进入深空,就必然要放弃传统的化学能火箭

上世纪美国宇航局等机构论证的NERVA核动力火箭发动机,被用于火星之旅项目

传统的火箭发动机可分为固态和液体发动机,固体火箭发动机的燃料为固态,其特点为维护简单,结构较轻,适合于质量较小的推力要求,目前用于中小型火箭。液体火箭发动机的燃料以液态为主,比如航天飞机使用液态氢和液态氧作为动力,可快速燃料释放强大能量。适用于大型火箭,比冲明显优于固态火箭发动机,但液体火箭发动机结构较为复杂,加注燃料和维护更换都具有一定危险性。6月11日发射升空的长征2F型火箭是典型的液态燃料火箭,四个捆绑式助推器、芯一级和芯二级都采用了液体火箭发动机。

有些运载火箭则使用固态和液态发动机作为混合动力,比如阿丽亚娜五型ES火箭,就使用了固态助推火箭,航天飞机也使用了固体火箭助推器。美国宇航局的专家认为,传统的化学能火箭可以让人类抵达遥远的太阳边缘,但是需要花费更多的时间,比如往返火星的探索之旅,美国宇航局计划表中提到的时间为2030年代中期,需要花费大约500天的时间,如果我们能加快飞行速度,并配合有效的减速发动机,就可以减少宇航员在空间飞行中受到的辐射剂量,较短的旅程也可以节省食物和水。

美国宇航局和世界各地的研究机构正在研发先进的宇宙飞船推进技术,其中包括只在科幻小说中才能耳闻的“曲速推进”发动机,物质和反物质动力系统等,虽然这些动力系统对现有的航天科技而言显得遥不可及,但是在这个探索过程中可能会有其他重大的发现。除了核动力发动机外,太阳帆技术似乎是目前最容易实现的航天动力,目前美国宇航局和日本空间机构已经测试了空间太阳帆技术,但空间太阳帆为动力的飞船可能只适合超远距离的空间飞行,其加速过程较为缓慢。

科学家认为核动力火箭是未来一段时间可实现新型宇航动力,而核聚变技术用于宇宙飞船可能还需要很长的路要走,目前还没有成熟的可控核聚变反应堆,使用核裂变技术研发动力系统或许也是一个途径。美国宇航局先进概念研究所提出了几种核聚变发动机的方案,根据华盛顿大学的科学家计算,使用核聚变技术可大大缩短火星之旅的时间,我们可以在一个月之内将宇航员送上火星,比500天的时间还少很多。

尽管过去几十年内科学家已经投入了大量资金研发可控核聚变技术,但目前依然没有制造出实用化的聚变堆,更不用说短期内作为宇宙飞船的动力系统,格伦斯菲尔德认为核聚变技术是未来三十年内需要有所突破的宇航动力,人类要想进入更遥远的宇宙深空,动力系统需要进行革命性地突破,地球上的可控核聚变研究应该加快脚步,然后开始测试空间核聚变动力。

在第36届推进器大会上,美国宇航局就提出了核动力火箭技术,只需一次发射就可以完成太阳系内侧行星的探索。1946年,美国宇航局与美国空军联合开展了NERVA 计划以及Rover 计划,试图打造出核动力推进技术,NERVA 发动机包括反应器、涡轮泵以及推进剂存储设备等;苏联研究人员在上个世纪50年代计划在飞行器上安装四台核动力涡轮发动机,这些核动力技术都是基于核裂变技术,在这方面我们有着较为成熟的技术。

常见的核裂变技术发动机包括核脉冲火箭、核电火箭、核热火箭以及核冲压火箭等,以核热火箭为例,其反应堆结构比陆基核电站的规模要小很多,铀-235的纯度要求更高,达到90%以上,在高比冲要求下,发动机核心温度将达到3000K左右,需要耐高温性能极佳的材料。核动力技术用于太空环境时,也会面临核辐射的危险,如果克服这些困难,那么在核聚变发动机无法实现的前提下,核裂变发动机技术也能为太阳系内的探索服务,甚至可进行无人飞船恒星际之旅,可带来强大续航力,这是传统化学能发动机所不能比拟的。

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