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NASA资助用于太空飞行的融合动力火箭研究

时间：2022-04-01 12:18:21 来源：

科学家正在制造一种融合动力火箭的部件，旨在清除阻碍深空旅行的许多障碍，包括运输时间长，成本高昂和健康风险。

华盛顿大学航空与航天研究副教授约翰·斯劳（John Slough）说：“使用现有的火箭燃料，人类几乎不可能在地球以外进行更多探索。”

“我们希望为我们提供更强大的太空能源，最终可能使星际旅行变得司空见惯。”

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在上个月举行的NASA创新先进概念研讨会上，Slough和他担任总裁的太空推进公司MSNW的团队介绍了他们前往火星的任务分析，以及详细的计算机建模和初步实验结果。

NASA估计，使用目前的技术，往返人类的火星探险将花费超过四年的时间。太空中所需要的化学火箭燃料的绝对数量将是极其昂贵的，仅发射成本就将超过120亿美元。

斯劳和他的团队发表了论文，计算了使用聚变动力火箭在火星上进行30天和90天的远征的潜力，这将使这次旅行更加实用且成本更低。

这真的可行吗？

斯劳和他在MSNW的同事是这样认为的。他们已经证明了该过程所有部分的成功实验室测试。现在，关键是将每个孤立的测试合并为最终实验，并使用该技术进行融合。

研究小组已经开发出一种等离子体，该等离子体被包裹在自己的磁场中。当该等离子体在磁场中压缩到高压时，就会发生核聚变。该团队已在实验室中成功测试了该技术。

只需要少量的聚变就可以为火箭提供动力-这种材料的小颗粒沙具有与一加仑火箭燃料相同的能量含量。

为了给火箭提供动力，研究小组设计了一种系统，在该系统中，强大的磁场会导致大型金属环撞击该等离子体，从而将其压缩为聚变状态。会聚环融合形成一个壳，该壳点燃融合，但仅持续几微秒。

即使压缩时间很短，聚变反应也会释放出足够的能量以快速加热并电离壳。这种过热的离子化金属以高速从火箭喷嘴喷出。该过程每分钟左右重复一次，从而推动了航天器。

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在上面的视频中，注入了等离子体（紫色），而锂金属环（绿色）在等离子体周围迅速塌陷，形成了融合。

该团队已经在雷德蒙德的华盛顿大学等离子动力学实验室成功地证明了金属破碎过程。以下来自3D计算机模拟的视频显示了三个锂环在等离子体材料周围塌陷时的情况。

研究小组从其中一项测试中获得了一个折叠的，拳头大小的铝环的样本，供人们在最近的NASA研讨会上观看和触摸。

“我认为每个人都很高兴看到用于压缩血浆的主要机理的证实，” Slough说。“我们希望我们对世界感兴趣，因为核聚变并不总是存在40年，并不总是花费20亿美元。”

现在，该团队正在努力通过使用该技术压缩等离子体并产生核聚变来将它们整合在一起。斯劳希望在夏天结束时准备好一切，以便进行第一次测试。

简单的设计

斯劳和他的同事在这里建立并进行实验的等离子动力学实验室充满了充满能量的蓝色电容器，每个电容器的功能就像高压电池一样。电容器被连接到一个巨大的磁体上，该磁体容纳了发生聚变反应的腔室。

只需按下开关，电容器就会同时触发，以向磁体提供一百万分之一秒的电流，从而迅速压缩金属环。

斯劳说，所使用的机械过程和设备相当简单，这支持了它们在太空中的设计。

他说：“任何放置在太空中的东西都必须以相当简单的方式起作用。”“您可以将这项技术外推到太空可用的物体上。”

在实际的太空旅行中，科学家将使用锂金属作为破碎环为火箭提供动力。斯劳说，锂具有很高的反应性，并且出于实验室测试的目的，铝也同样有效。

斯劳说，由于核聚变在核炸弹中的应用，核聚变可能会引起关注，但是在这种情况下，核聚变的使用却大不相同。氢弹将为火箭提供动力的聚变能减少10亿倍，几乎不会造成重大爆炸。

另外，斯劳斯概念利用强磁场来容纳聚变燃料，并将其安全地引导离开航天器和其中的任何乘客。

该项目由NASA创新先进概念计划资助。

通过。马雪儿


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