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为了更快到火星:NASA重启核裂变火箭发动机研究

2017年11月13日     来源:网易科技     编辑:HuangJiang      
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于是一群工程师开始重启一台1972年就熄火的发动机进行研究。

如果美国宇航局想要更快到达火星,那就要解决许多火星任务带来的问题,比如危险的辐射、太空食物储备和幽居病(因长期离群独居而引起的忧虑、烦躁等情绪)等等。但是目前的化学燃料火箭无法帮助我们快速实现这一目标,于是一群工程师开始重启一台1972年就熄火的发动机进行研究。

化学燃料燃烧所提供的能量能够将宇航员送上月球,但是借助这种火箭技术前往火星将是一个漫长的旅程。尽管探索核裂变技术的研究能够追溯到上世纪50年代,但是这种引擎从未真正飞起来过。今年8月份,美国宇航局宣称与原子能公司BWXT签订了一份1880万美元的协议,来为热核推进系统(NTP)设计燃料和反应堆,而这项新火箭技术有可能开启太空探索的新纪元。

美国宇航局马歇尔太空飞行中心NTP项目的主要负责人Michael Houts称:“NTP的强大力量将让我们实现快速的火星往返旅行,而且有可能帮助我们打造出更加先进的系统。”NTP火箭发射所产生的推力足以达到化学燃料火箭的两倍。NTP火箭不借助氧气燃烧燃料,而是使用核裂变反应堆作为火炉,加热液态氢并且排出氢气作为推力。

火箭从推进系统获得推力的大小主要取决于它向后喷射粒子的速度。BWXT公司参与代工的一位研究人员Vishal Patel称:“热核推进系统能够让你更快的达到火星,它的速度几乎是目前火箭的两倍。我们希望能将前往火星所花费时间缩减到3~4个月。”

与其它使用反物质或者核聚变的推进系统计划不同,研究人员一直在考虑核裂变火箭技术的可行性。这一技术的具体研究开始于1955年原子能委员会的漫游者项目(比建立NASA还早了3年),项目以NERVA火箭原型为基础,但后来由于缩减开支在1972年停止了研发进程。在那时美国宇航局已经暂停生产阿波罗18-20号飞船和土星5号运载火箭。NTP技术在上世纪80年代末和90年代初的太空核热推进项目(SNTP)中得到短暂的复活,但是这个项目同样在飞行测试之前就耗光了投资。

BWXT公司NTP项目负责人John Helmey称:“关键在于之前在NERVA火箭上的研究数据得到很好的记录,我们并不是从零开始。我们是在当时研究的基础上进行的研究。”在合同约定内,BWXT将致力于燃料原件和反应堆芯的概念设计,而现在这项研究面临多项挑战。

BWXT公司NTP项目首席工程师Jonathon Witter称,首先核测试的条例已经变更。引擎排气中潜在的放射性意味着工程师们不能让氢气排放到大气中。BWXT公司计划在美国宇航局斯坦尼斯航天中心测试一种新方法,让氢气与氧气结合成更容易收集的水。初期的小规模实验将使用非放射性氢气来测试这种尾气收集方法,这样未来核测试过程中产生的放射性尾气就能够用现成的技术收集起来。

据Witter称,工程师们也在对燃料原件进行重新设计,采用新材料环绕铀燃料微粒。由于火箭效能也与温度有关,BWXT公司预计陶瓷和钨材料能够让火箭在较高温度下实现更好的运行。此外NERVA项目使用的是90%高浓缩铀,在今天已经达到了武器级别。BWXT的设计将使用低于20%的高浓缩铀,使其限制在低浓缩铀的范围之内。Patel称,低浓缩铀能够让非政府组织参与到这一项目当中,它有可能改变游戏规则。但是太空核技术的失败历史不太可能让美国宇航局在初期的火星任务中获得成功。

Houts称:“NTP是几大先进的推进技术之一,科学家们也提出了许多使用化学燃料和电推动的设计。”最近在密歇根大学打破记录的电力推进系统原型的研发人员Scott Hall称:“我很乐意看到这些技术进入太空,但是这些想法无法很快得到实现。乐观的讲可能需要15年,事实上更可能需要50年。核动力推进将与电力推进一样,进展十分缓慢但充满潜力和美好的前景。”

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