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解放军报:空间核推进:延伸星际远航梦想

来源:中南在线 编辑:刘明杨 时间:2023-12-04 阅读:
采用核热推进航天器概念图。资料图片

在电影《星际探索》中,人类打算在海王星建设基地,以支持寻找太阳系外宇宙生命踪迹的活动。然而,海王星距离地球约45亿千米。如此遥远的距离,无论是对航天员,还是对航天器,都是一项艰巨的考验。从电影回归现实,时至今日,人类登陆月球都如此艰难,更别说载人登陆比月球更遥远的火星,甚至海王星了。

要实现星球间如此远距离的航行,必须“轻”装“疾”进:一是要尽可能快,二是携带的燃料要尽量少。使用化学火箭携带成千上万吨燃料来实现这种“跋涉”显然是不现实的。因此,只能借助于体积更小、动力更强、寿命更长、环境适应性更强的推进方式——空间核推进。

空间核推进,主要分为核热推进和核电推进两种。

核热推进,是利用核反应产生的热能把推进剂加热到一定的温度后,让高温高压的推进剂从喷管高速喷出,进而产生推力的装置。核热推进具有推力大、比冲高、可多次启动等特点。与化学推进相比,核热推进可采用氢、甲烷等原子量小的气体作为推进剂,如此既可以获得较高的出口速度,又不必担心氧化剂燃烧剂意外相遇引发燃烧的问题。公开资料表明,采用氢气作为推进剂的核热推进,比冲可达1000秒(化学火箭的比冲一般小于500秒),速度增量超过22千米每秒,高于第三宇宙速度。早在20世纪50年代,美国就开始研发以大型洲际弹道导弹为推进对象的核火箭发动机。然而由于种种原因,计划被迫终止。不过,据外媒报道,目前,NASA正开展一项名为“功率调整演示火星引擎”的核热推进系统的研究,希望在本世纪30年代执行可能的火星货运任务时进行飞行测试。

核电推进,是利用核电源产生的电能将推进工质(如氙)电离成等离子体状态,随后在电场或磁场的作用下,等离子体被加速并从喷管喷出,进而产生推力的装置。核电推进将核能的高能量密度与电推进的高比冲(可达10000秒)相结合,被认为是未来执行深空探测任务的优选方案。苏联于20世纪60年代开始研发核电推进,其中最成功的是霍尔发动机。该发动机系苏联首创,于20世纪70年代末期成为一种定型的核电火箭发动机。

除通过核裂变反应产生能量外,英国一家企业正在研发基于聚变反应的、功率为兆瓦级的发动机。据介绍,使用这种发动机“能将前往火星的旅程缩短一半——大约3个月而不是6个月——并允许在太阳系外执行任务”。

“繁星是宇宙的眼泪,闪烁着希望与梦想的光芒,等着我们去探索。”空间核推进技术的发展,或将助力人类实现这一梦想。

或许在未来某一天,人类真的可以实现《星际穿越》中“脑洞大开”的情节:飞离地球,飞出太阳系,离开灿烂的星河,去窥见未知星球的雄伟与神秘。

(作者单位:武昌理工学院)

http://www.81.cn/szb_223187/szbxq/index.html?paperName=jfjb&paperDate=2023-12-01&paperNumber=11&articleid=920575