核聚变动力火箭的美国研发

1. 核聚变动力火箭的美国研发

美国研究人员说，正在研制一种核聚变供能火箭，能够大幅缩短人类驾驶深空间飞行器往返火星的时间。美国总统奥巴马上台后，提出在本世纪30年代实现载人登陆火星的计划。但是，以现有技术看，载人飞往火星并不容易。受动力所限，人类乘坐现有化学燃料深空间飞行器往返火星大约需要500天。美国福克斯新闻网11日援引美国华盛顿大学航空学和航天学副教授约翰·斯劳的一份声明报道：“依赖现有火箭燃料，人类基本不太可能飞离地球太远。我们希望，能够提供更加有力的能量来源，最终引领我们实现跨星球旅程。” 斯劳口中的新能量来源就是核聚变。核聚变是指由质量小的原子，主要指氘或者氚在一定条件下发生原子核相互聚合作用，生成更重原子核并释放大量能量的反应。这种反应是太阳等恒星以及氢弹的能量来源。斯劳估计，如果利用核聚变供能，人类往返火星的时间能够缩短为30天至90天。斯劳的研究项目有望在今年夏天末执行第一次融合测试。

2. 美国有没有搞核动力火箭的计划？

以前美国人搞过核动力飞机计划，但失败了。而核动力火箭鉴于核动力飞机失败的教训被迫放弃。
 
50 年代，美国人造出了像B-36这样确实能装上一个反应堆的大型飞机，但这个机载反应堆的功率输出却很难满足驱动如此庞大飞机的需求，因此美国不久后就放弃了把B-36改装成核动力飞机的计划。
 
为什么明明能量巨大的核反应堆驱动飞机时反而不如普通的化学燃料发动机呢？这都是因为在目前的技术水平下，原子能转化成动能的过程太复杂了，以致效率低下，或者用术语说，是功率密度不足。
 
具体的来书，通常的船用核反应堆采用的是所谓的“两回路”方式，即：第一回路直接从堆芯中吸收能量，被加热后把热量带到堆芯以外，加热第二回路中的水，产生蒸汽推动蒸汽轮机先发电，再用电力推动船舶，或是直接通过减速齿轮机构带动螺旋桨产生推力。
 
然而用这种方式驱动飞机却根本无法得到令人满意的效果，因为整套装置太大也太重了，多余的体积和重量完全抵消了大功率带来的好处，结果装了类似船用反应堆的核动力系统后，飞机根本就飞不起来。此外，对于飞船，最终的功率输出也不能靠螺旋桨，因为在太空中根本不能指望空气的反作用力。
 
但随着时间的推移，科技的进步。被放弃多年的核动力火箭现在又重新被越来越多的人所关注。
 
比如：采用氢气作为核动力火箭的工作物质可能是更好的解决方案。液氢已是最常用的火箭燃料之一，火箭携带液氢基本上没有技术难点。利用核反应堆加热氢，只要其最终喷射速度达到或超过目前氢氧火箭发动机的喷射速度，相同重量的火箭就能工作得更久，也就可以把火箭最终加速得更快。
 
这里只存在两个问题：首先，火箭的最后重量中包括核反应堆的重量，因此它必须尽可能轻。而超小型核反应堆目前已能实现。此外，如果在外太空使用，可以不考虑残余物的问题，简单到只有一个质子的氢核也比较不容易产生放社性“垃圾”，于是屏蔽层可以作得薄些，喷射出的氢气也可以直接流过反应堆芯，这样就可节省下不少重量。
 
第二个问题看似简单，解决起来却不容易，那就是如何让被加热的气体高速向后喷出。这是个热能转化成动能的问题，其实也是喷气推进技术方面的一个核心问题。目前，已基本研制成功的超音速冲压喷气发动机会是一个很好的借鉴。
 
总结：以前技术有限，想整出核动力火箭困难重重。但现在，科技的发展已经使得核动力火箭的梦想越来越接近现实。

3. 核火箭的核火箭的研制

目前，美国科学家詹姆斯·鲍威尔和乔治·梅兹宣称。在10年内将开发出用于未来宇宙航行的探险飞船用的核发动机。美国马歇尔太空飞行中心太空运输研究室负责人约翰·科尔认为有许多美国科学家对核火箭的研制饶有兴趣。核火箭无疑是未来飞行器的发展方向，也是解决宇宙航行动力问题的发展方向之一。显然，核火箭存在着很大的隐患。特别是核辐射对航天员健康可能造成威胁。因为核火箭飞船内的辐射量相当于航天员每天要做8次X线胸部透视，较长时间的作用会对航天员的身体造成严重的伤害。航天员返回地面后，肌肉量一般会减少30%，骨密度会下降。高效核燃料镅的出现，催生了宇宙航行的一种最新方案。由于镅产生裂变反应的临界状态的质量只需铀和钚的1%。因此其裂变极易发生，而且一经发生就会持续下去，这样就可以大大减少宇宙飞船需要携带的燃料，也就可以缩短宇宙飞行的时间。以从地球飞往火星为例。使用核子动力火箭飞行时间只需2个星期，而用化学燃料火箭飞行时间至少需要6－10个月。这种核火箭有望于2020年前后研制成功。

4. 核动力火箭的研究进展

美国宇航局研制核聚变动力：2030年登火星美国宇航局的科学家目前正在研究新型核聚变动力，2030年的火星载人登陆计划中将会使用到这一革命性动力可极大缩短空间飞行的时间，核聚变技术目前依然无法作为宇宙飞船的动力，但是科学家认为核聚变技术并不是幻想，可控核聚变在不久的将来就会出现。将宇航员送上一艘前往火星的超高速飞船是完全可以做到的，目前核聚变技术驱动火箭的原理已经在实验室进行了验证，这样的动力系统很可能在短短的90天之内完成飞往火星这颗红色星球的旅程。空间推进公司MSNW的技术人员人员安东尼认为：在9月25日与美国宇航局未来太空工作组的演示过程中，实验室的研究人员获得了对核聚变技术的相关成果。一趟往返的火星之旅大约需要500天左右，根据轨道的不同需要的时间也会出现变化，我们目前使用的是传统的推进系统，宇航员需要在宇宙深空中暴露数百天的时间，来自太阳或者宇宙深空的射线都会对宇航员健康构成威胁，长时间的空间飞行会使得骨骼和肌肉出现萎缩、机能降低。美国宇航局目前正在发展新一代的推进系统显然传统的化学能火箭无法满足深空飞行的需要，这项新的推进系统需要在2030年中期投入使用，执行前往火星的载人计划，首席为华盛顿大学的研究人员约翰·斯劳。NASA创新先进概念计划的研究人员同时也在设计一个潜在的载人火星登陆轨道，只需要210天的时间，相比较于500天的空间飞行时间已经是大大缩短了，时间分配为83天为前往火星、30天时间为停留在火星表面进行考察、剩余的97天时间为返回地球。这样的空间飞行需要全新的动力系统，核聚变装置是目前较为可行的方案之一，可以提供强大的能量来源，美国宇航局的未来太空发射系统可以将这一系统发射至地球轨道，也可以通过多次发射在轨道上组装起一艘大型宇宙飞船。按照科学家的设想，我们还需要在飞船上安装太阳能电池板，可以为飞船上的人员提供必要的电力供应，斯劳和他的团队正在建设核聚变反应堆的硬件并进行实验，他们希望在2014年的某个时候能进行一次实验，使得这项新型宇航动力研究计划可以达到一个新的里程碑，

5. 美国宇航局发射探空火箭研究太空X射线

   
    据Space 1月9日报道，  周日（1 月 9 日）美国东部时间午夜（格林威治标准时间 0500），美国宇航局位于弗吉尼亚州沃洛普斯岛的沃洛普斯飞行设施将发射搭载本地星系（DXL）漫 X射线实验的Black Brant IX 亚轨道火箭。
      DXL 旨在收集有关“软”X 射线的数据，这些 X 射线不像医生用作骨骼成像的射线那样活跃，但会在地球大气层中引起干扰，从而干扰无线电通信和 GPS 导航。
   （编译：Aven）

6. 核动力火箭的发明背景

早在20世纪初，得知居里夫妇提炼出放射性元素镭之后，俄国航天之父齐奥尔科夫斯基就预言："一吨重的火箭只要用一小撮镭，就足以挣断与太阳系的一切引力联系。"那时科幻作家给予这种新能源以充分的关注。H.G.威尔斯在1914年出版的科幻小说《获得自由的世界》中设想了核武器运用在战争中给人类造成的苦难。1926年，雷金纳德-格罗索普在科幻小说《太空孤儿》中第一次将原子能与炼金术联系在一起。 但只有科学家在1938年发现了核裂变的秘密后，核武器及核动力才有可能成为现实。原子核中蕴含的能量被发现以后，一方面立即被应用于军事，另一方面很多人也开始了和平利用原子能的尝试核电和核动力船舶很快就投入实用，但核动力飞机的尝试却失败了，因为大多数飞机无法运载一个庞大的反应堆50 年代，美国人终于造出了像B-36这样确实能装上一个反应堆的大型飞机，但这个机载反应堆的功率输出却很难满足驱动如此庞大飞机的需求，因此美国不久后就放弃了把B-36改装成核动力飞机的计划。为什么明明能量巨大的核反应堆驱动飞机时反而不如普通的化学燃料发动机呢？这都是因为在目前的技术水平下，原子能转化成动能的过程太复杂了，以致效率低下，或者用术语说，是功率密度不足。通常的船用核反应堆采用了所谓两回路方式第一回路直接从高放射性的堆芯中吸收能量，被加热后把热量带到堆芯以外，加热第二回路中的水，产生蒸汽推动蒸汽轮机先发电，再用电力推动船舶，或是直接通过减速齿轮机构带动螺旋桨产生推力。然而用这种方式驱动飞机无法得到令人满意的效果，因为整套装置太大也太重了，多余的体积和重量完全抵消了大功率带来的好处结果装了类似船用反应堆的核动力系统后，飞机根本就飞不起来。此外，对于飞船，最终的功率输出也不能靠螺旋桨，因为在太空中根本不能指望空气的反作用力，

7. 核火箭时代即将到来？美科学家发明核聚变火箭，比现有火箭快十倍

 现阶段人类使用的火箭主要都是靠化学燃料在发生化学反应的情况下产生的能量推进的，虽然这种推进方式已经帮助人类发射了许许多多的航天器，但因为化学火箭发动机的比冲力其实很低，需要长时间的不断加速才能达到理想速度，因此科学家们认为这种推进方式还是比较原始的，随着科学技术的进步，火箭推进方式必将迎来大变革。
         而据《南方都市报》等媒体转载美媒的报道，美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的法蒂玛·易卜拉希米博士发明了一种新型核聚变火箭，最快速度是传统推进方式速度的10倍。这意味着一个革新性的火箭推进方式已经出现，或能在未来掀起火箭技术的革新潮流。
         易卜拉希米博士发明的方法是在火箭中制造类似于托卡马克装置中束缚等离子体的高温磁场，但目前火箭中需要安装的该装置并不大，它也不需要产生上亿摄氏度的极端高温，它制造的磁场只需要将从液氢储箱中喷出的氢元素物质加热到2840 ，使之形成活跃性较高的氢离子，再经过某一过程后从火箭推进器中射出就可以了。
         虽然核聚变动力火箭的概念早有人提出，但易卜拉希米博士的方法仍然有所创新，他发明的推进方式是通过喷射等离子体粒子和质子为主的磁性气泡来产生运动，而其他核聚变动力推进器都没有采用质子，而且她的方法只需要改变磁场的强度可以增加或减少推力，从而更好地在太空中进行操纵。
         这种等离子体射出的速度很高，从太阳表面射出的氢离子速度可达每秒600~1200公里，这种新型火箭推进器的速度也可达每秒数百公里，由其推进的飞行器速度可比目前使用的火箭的速度快10倍。
         这是一个了不起的技术，首先它将使得人类发射航天器更加容易，也能帮助人们将航天器推向更远的距离上，航天器的飞行速度也可以更快，比如如今我们人类发射火箭前往火星需要长达7个月的时间，而如果使用这种新技术，那么3~4个星期就可以从地球到达火星了，最多也不超过一个月，这无疑将大大加速人类对其他星球的 探索 和开发速度。
          参考资料：   《南方都市报》1月30日文章《女物理学家发明新型核聚变火箭，速度比现在的推进器快10倍》

8. 美国研发新型核反应堆，推力增加5倍，新型火箭可载人登月

人类对于太空的 探索 就从来没有停止过，在浩瀚的宇宙面前，地球非常渺小，而太多的未知依然等待人类去 探索 ，即便说现在的 科技 水平已经达到了前所未有的高度，但是想要征服宇宙依然是不可能完成的任务，即便想要征服距离地球最近的几个星球也是可望而不可及！要知道月球是距离地球最近的星体，但是至今为止也只有美国在上个世纪让人类登上过月球，美国曾经先后6次将12人送上过月球，只不过时至今日依然受到了很多人的质疑，而美国想要打消这种质疑，最好的方式就是将宇航员再次送上月球，而且现在美国已经重启了这一登月计划，按照美国的说法，在2024年或者2025年会再次实施载人登月，至少现在看来，美国依然是最有可能将人类送上月球的国家！ 
     
 
  
  
  而埃隆·马斯克创办的太空 探索 技术公司（SpaceX）的重型猎鹰火箭，其近地轨道运载能力高达63.8吨，几乎是我国长征五号运载火箭近地运力的三倍，也被看成是美国未来实施登月的火箭，只不过马斯克的新建原型机sn11在进行一万米高度飞行试验后，返回着陆时再次爆炸，连续出现爆炸也让人捏了一把汗，但是没有失败就没有成功，大家对马斯克依然充满了期待！只不过美国国防部高级计划研究局(DARPA)与美国通用原子公司签订合同，将开发一款新型核反应堆，为美国的登月任务提供动力支持，很显然美国现在有很多种选择来提供一种最佳的登月火箭，而这次新研发的核动力火箭也让大家充满了期待！ 
     
 
  
  
  DARPA在4月9日宣布，该部门授予了通用原子公司一份价值2200万美元的合同，以设计一款能作为太空推进动力的小型核反应堆。要知道对于核动力火箭来说，核反应堆显然至关重要，而DARPA花费了2200万美元来研发一款新的小型核反应堆，足以看出DARPA的决心，毕竟2200万美元可不是小数目，但是最终能不能研发成功现在还是未知数！通用原子公司被选中参加一个名为DRACO的项目，DRACO是“敏捷型地月空间行动演示火箭”的缩写。该项目了为了演示核动力推进系统——即使用核反应堆加热火箭燃料以产生推力，只不过根据项目的进展，要到2025年在轨道上测试热核推进系统，与美国的载人登月计划多少有些出入，但是依然不妨碍美国未来使用这款新型核动力火箭进行载人登月！ 
     
 
  
  
  要知道现在的太空推进系统主要分为两种，一种是电力推进，还有一种是化学推进，而这次研发是要使用热核推进，新型核反应堆能够达到什么程度就非常关键！DRACO计划旨在开发新型的热核推进计划，与目前所使用的推进技术不同是，热核推进系统可以实现与化学推进类似的高推力重量比，但其效率是化学推进的2-5倍。按照项目方的说法，一旦新型核反应堆研发成功，那么这种热核推进系统将比原来的推进系统在推力上可以增加5倍，这是一个巨大的进步，但是现在也只是理论上在谈，最终能不能研发成功还是未知数，一旦成功那么将是常规推进技术的一大飞跃，将让宇宙飞船能够快速地进行长距离飞行！ 
     
 
  
  
  这种新型核动力火箭显然比常规火箭要灵活很多，未来可以轻易实现载人登月，毕竟核动力将允许拥有更多的发射窗口时间，并能够让飞船在星球上停留更长的时间。美国国家航空航天局在最新发布的消息中说：“人们再次认识到，热核推进是 探索 火星和其他目的地的一个可行且强大的选择。”所以未来不管是载人登月还是载人登火星，这种热核推进将成为主流趋势，但是现阶段显然还达不到这个要求，或许五年之后这种技术已经趋于成熟，大家可以拭目以待！