核动力发动机的推进

1. 核动力发动机的推进

利用反应堆的热量这种办法虽然节省了燃料，但必须携带许多液体推进剂，结果许多节省的重量都被消耗掉了，获得的好处没剩多少。由于核反应的时候能够产生许多高能粒子，所以第二种方式就是直接利用来自反应堆的粒子，从而不必携带推进剂。这些高能粒子移动速度非常快，我们当初用反应堆加热推进剂就是为了让推进剂的热运动速度增大从而获得推力，而这里我们已经有了这样的高速运动物质。而且这些高能粒子是离子态的，从而可以使用磁场来控制它们的喷射方向。事实上，这种磁场控制方式已经在我后边要介绍的离子发动机上使用了。利用这种方式，可以达到极高的比冲量——1百万秒！这样的发动机能够提供高推力使飞船或者探测器完成行星际任务，甚至进行恒星际飞行。不过，这种发动机可不象前面介绍的那些那么容易制造，而且可能非常昂贵，有可能需要一个很大很重的反应装置，或者一个利用多阶段反应(后一个阶段利用前一阶段产物)的小一些的反应装置。第三种方式是一个大胆而疯狂的方式，不再是利用受控的核反应，而是利用核爆炸来推动飞船，这已经不是一种发动机了，它被称为核脉冲火箭(nuclear pulse rocket)。这种飞船将携带大量的低当量原子弹，一颗颗地抛在身后，然后引爆，飞船后面安装一个推进盘，吸收爆炸的冲击波推动飞船前进。这种看似天方夜谭的方式却是被美国政府实实在在考虑过的计划，这个在1955年被以猎户座计划(Project Orion)命名的项目，希望建造一个简单，承载大，而且在资金上能够建造得起的飞船。这个项目最初计划在地面直接起飞，可能就在内华达的核武器试验场Jackass Flats，这个飞船的样子象主教冠或者子弹头，16层楼高(AzureFlame注：国内媒体把sixteen和sixty弄混淆了，居然说有60层楼高)，后面的推进盘直径135英尺(41米多)。发射台包括八个发射塔，每个250英尺高(76.2米)。起飞飞船质量是1万吨，和普通的化学火箭不同，这些质量中大部分都将进入轨道。飞船起飞时爆炸的原子弹当量为0.1千吨(注意，100吨TNT当量爆炸产生的推动力可远不只100吨)，每1秒钟就抛出一个，而当飞船加快到一定速度后，将下降到每10秒爆炸一枚2万吨当量的原子弹。起飞方式被设计为竖直向上飞行，而不是象普通化学火箭这样到一定高度就倾斜飞行。这样飞的目的是把放射性污染集中到一个小区域内。最初计划携带2千颗原子弹，利用它把宇航员于1965年送往火星，1970年送到土星。船上可以装载150人，以及数千吨的载重，使得他们生活相对很舒适。这种飞船可以建造得象战列舰一样，而不必象化学动力飞船那样过分考虑重量。飞船上还将携带一些小的化学动力飞船，用来在行星或者卫星上着陆并重新返回猎户座飞船。原子弹并非直接作用于推进盘上，在释放放出原子弹后，接着再释放出一些由塑料制成的固体圆盘(当时倾向于聚乙烯)，当飞船驶出一定距离，原子弹将在飞船后面200英尺处爆炸，蒸发掉塑料圆盘，将其转化成高热的等离子浆。由于塑料盘位于原子弹和飞船之间，等离子浆中相当部分将会追上飞船，撞击太空飞船尾部巨大的金属推进盘，从而推动太空飞船高速行驶。理论上比冲量可以达到1万到1百万秒。之所以选择塑料是因为塑料对核爆炸产生的中子的吸收效果好，也就是说它同瞬间的辐射能配合得非常好，它将分解成轻原子比如氢和碳并以高速运动。由于不清楚太空飞船的硕大推进盘是否会被核爆炸后产生的高温等离子融化或腐蚀，科学家用氦离子发生器进行了摹拟测试发现，瞬间高温的等离子只会对金属推进盘表面产生轻微的腐蚀，甚至可以忽略不计，没必要设计专门的冷却系统，并且普通的铝和钢就足以成为制造金属推进盘的耐久材料。对于推进盘承受的压力进行计算发现，瞬间的推力将过于巨大从而超过人体承受能力，因此，飞船上还在推进盘和前部船体之间安装了一个震动吸收系统，脉冲能量将被暂时储存在吸收系统中然后逐步释放出来，这样不至于因为爆炸的冲击而导致剧烈的震荡，能够比较平稳地飞行。

2. 核动力发动机的介绍

说到未来的宇航动力，人们恐怕首先会想到核动力，我们目前化学燃料的火箭推力太小，所以每次发射必须寻找合适的发射窗口，以便利用行星的引力来加速，使得它们能真正飞往宇宙深处，到目前为止，人类发射的所有深空探测器没有一个不利用行星的引力。这自然是个聪明的办法，但是毕竟只是无奈的变通方式，很消耗时间，而且受到的航线限制太多。安装核动力的飞船和探测器由于推力强大，就不必利用行星的引力，更不必在航线的限制上操心过多。

3. 核动力发动机的相关研究

事实上，美国科学家已经围绕这个计划做了许多实验，而且已经证明这个计划是可行的。1959年11月进行了一次100米高度的飞行，共爆炸6枚化学炸弹。这次实验证明脉冲飞行是可以稳定进行的。然而，这个设想却有一个最大的弱点，那就是它依赖于原子弹爆炸做动力，当它飞出大气层时，必将释放出核辐射尘污染地球环境。这也正是猎户座计划后来胎死腹中的原因之一。在1963年美苏签定禁止大气层核试验条约之后，猎户座计划研究于1965年终止。

4. 核动力发动机的外形

探测飞船的质量为5.4万吨，其中推进装置重量是5万吨，预计经过持续4年的加速后，可以达到光速的1/8。可以说代达罗斯计划的理论是很有说服力的，设计上并没有什么突兀之处。有不少科学家认为我们执着于受控核聚变是没有意义的，我们完全可以用不完全受控的核聚变来作为动力，而象猎户座所需要的那些技术甚至在上世纪60年代末就已经存在了。总的来说，核裂变发动机是相当现实的东西，而核聚变发动机则基本偏向科幻，需要很多技术突破才能变成现实。但裂变材料很稀缺，而用于核聚变的氘和氚却很多，在近处的月球上尤其丰富。此外，核聚变还有大幅度降低辐射污染的前景，其方式是利用氢核(质子)和硼-11(80%的硼是以硼-11同位素的形式存在)反应，虽然反应困难而且产生的能量小，但不产生γ射线和中子，只产生α粒子，可以说是相当干净的反应。所以人们对核聚变发动机仍旧存在更大的期望。

5. 核动力发动机的机结构

而这具体又分多种类型，其中核裂变发动机分以下4种类型：1) 固体核心核发动机：在这种发动机中，推进剂受固体燃料核心加热，估计比冲量能达到大约800秒；2) 粒子床(Particle Bed)核发动机：在这样的发动机中，液体推进剂被泵入核燃料里面，这种方式能达到很高的热量，使得比冲量能达到大约1,000秒，推重比超过1；3) 液体核心核发动机：这个办法是使用液态的核裂变燃料，由于不必操心裂变物质的熔点，所以能达到更高温度从而获得更大的优势，比冲量能达到大约1,500秒，推重比超过1；4) 气体核心核发动机：这种情况下我们不用再操心裂变物质的蒸发，在这个系统中推进剂流经等离子态的裂变物质，从而达到最高的可能温度，安装一个冷却系统后，比冲量能够达到7,000秒。

6. 核动力发动机的核聚变

核裂变发动机在核心制造方面没有太大的技术困难，但核聚变发动机则不同，首先需要解决受控核聚变的问题。我们目前的技术尚无法让轻核在常温下发生聚变，氢弹是用原子弹爆炸产生的高温来解决问题，但我们总不能在飞船内部爆炸原子弹吧。

7. 核动力发动机的计划

英国星际学会(British Interplanetary Society)在上世纪70年代重新回顾了猎户座计划，并提出代达罗斯计划，只不过以更强大而且环保效果好一些的聚变力量代替原子弹。这个计划的目标是向6光年以外的巴纳德星(Barnard's star，是距离太阳系第二近的星)发射一个探测器，并用50年的时间到达那里。

8. 核动力发动机的工作原理是什么？

目前广泛运用的是四冲程内燃发动机，它的原理简单的来说就是将燃料的内能转换为热能，将压缩的油气混合气点着，从而产生巨大压力，再利用曲柄连杆机构将往复直线运动转换为曲轴的曲线旋转。它每完成一个工作循环需要经过
进气，压缩，做功，排气
四个行程。活塞往复四次，曲轴转两圈。
以上是发动机的原理，不知道说清楚了没有，我是学汽车专业的。
对于第二个问题，据我所知，核动力是利用核反应放出的热量，转化为热能，从而将水加热，变成蒸汽，然后用来推动涡轮机用来发电，或者其他设备。好像不能直接利用。我就知道这么多。