荷兰莱顿大学量子计算教授Florian Neukart刚刚发表了一篇论文,提出了一种名为磁聚变等离子体驱动(MFPD)的新型推进方法。该引擎可以改变我们探索宇宙的方式,帮助我们从根本上提高旅行速度并覆盖以前难以想象的距离。
研究人员在文章中表示:“深空探索以及跨行星际和星际距离运输重要有效载荷的挑战需要开发高效、强大的推进系统。” “随着人类考虑在遥远的行星上建立基地并开采天体,我们的航天器的推进机制变得越来越复杂。” Neukart 的理论发动机结合了不同推进方法的各个方面,并提供高能量密度和比现有化学推进剂显着更高的燃油效率。MFPD可以更有效地使用燃料并提供更大的推力(这意味着更高的速度),并且还可以根据任务需要做得更大或更小。
“超安全核”公司提出的新型发动机采用基于放射性同位素的电力推进系统,放射性同位素是不稳定的原子,可提供过量的核能。(美国海军陆战队)
努卡特保证,按照目前的标准,该系统可以在很短的时间内行驶很远的距离,扩大任务目标——使我们能够快速到达太阳系中的其他行星并进行星际旅行——并减轻其带来的风险健康:宇航员长时间暴露在太空辐射和微重力下。
纽卡特在《今日宇宙》的声明中解释道:“MFPD 是一种用于太空探索的推进系统,它使用受控核聚变反应作为推力和潜在发电的主要能源。”“该系统“基于使用聚变反应产生的巨大能量,其中氢或氦的同位素通常介入,使粒子高速逃逸,从而根据牛顿第三定律产生推力。”
它是如何工作的
Nuekart 在他的文章中保证,MFPD 打算利用核聚变的巨大能量潜力与磁约束等离子体相结合来产生推力。研究人员首先研究了广泛研究和理解的氘-氚 (DT) 聚变反应,并继续在相对较低的点火温度和比其他系统更大的横截面下进行 DT 反应。
一艘装有新型“超安全核”核发动机的船的插图。(美国海军陆战队)
研究人员解释说:“聚变反应产生的等离子体受到磁场的限制和操纵,这保证了受控的能量释放和方向性。”“同时,MFPD概念考虑了将部分聚变能转化为电能以维持机载系统的可能性。”可能还有航天器的反应控制系统。”
Nuekart 解释说,MFPD 的最终目标是利用非中子聚变,与大多数研究的核聚变反应不同,非中子聚变传输的中子释放的能量非常少。中子反应以带电粒子(通常是质子或α粒子)的形式释放能量,显着降低产生的中子辐射水平,并将高动量与单一能源的巨大能量密度结合起来。
从理论到空间
Nuekart 表示,MFPD 推进的主要挑战在于在太空中实现和维持稳定的聚变关系。他说,磁约束聚变和惯性约束聚变所取得的成功不必在特殊的空间条件下以同样的方式复制。
热核反应堆原型(DRACO)
已经有一些项目正在进行中,旨在研究这一点,例如来自五角大楼高级研究部门 DARPA 的DRACO 演示器,该项目希望将实验性核热火箭送入轨道。美国宇航局还押注于新的太空核推进系统,使他们能够缩短火星和太阳系其他地点任务的总时间。
但美国人并不是这项技术的唯一支持者。世界各地的航天机构也在研究替代的推进形式。例如,我们的欧洲航天局近十年来一直在进行一个项目,旨在开发开放式聚变太空发动机。当然,中国已经表示正在努力在 2050 年之前部署一支核舰船队。
美国宇航局(NASA)热核推进航天器概念之一
研究人员表示:“不可否认的是,实现 MFPD 概念的过程将充满科学挑战和障碍,但潜在的好处是巨大的。” “实现可靠、有效和高效的聚变推进可以重新定义可实现目标的极限,推动人类进入探索、发现和理解宇宙的新时代。希望这项研究能在全世界的科学家、工程师和探险家中播下好奇、创新和决心的种子,为我们在星际中的未来指明方向。