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巨大爭議的“核動力”飛船距離現代航天已經有半個多世紀了,這個誕生於冷戰時期的瘋狂想法,美蘇兩國將它們從圖紙上變成了天空中飛行的“恐怖核動力飛機”和“屁股後面丟核彈的核動力飛船”,除了人類再也不想回到地球的逃亡,估計沒有民眾會支援這種將可能在大氣層中永久留下放射性汙染的動力方式!

但最近NASA正和開發核動力推進的公司合作,計劃重新啟用這種將會毀滅人類未來的動力方式,

冷戰時期瘋狂的核動力飛機和爆核彈的飛船

二戰剛結束,美蘇兩國就盯上了核動力飛行器的研究,在曼哈頓工程的紅利核反應堆巨大而又持久的能量釋放,讓軍方對核動力熱情高漲,而且美蘇兩國都有聽聞對方已率先研製核動力飛行器,爭先恐後的上馬了核動力發動機!

何為核動力發動機?

鈾-235和鈽-239的易裂變材料在裂變時將釋放出巨大的熱量,曼哈頓工程中,核反應堆是用來製備鈽材料的,但它的真正價值在於釋放的巨大能量,製造鈽不過是一個副產品而已!因此如何將核反應堆和飛機與飛船的發動機聯絡起來就是第一個問題!

兩種核動力模式:

一種是常規的核動力發動機,簡單的說就是利用反應堆的巨大熱量來加熱工質,比如核電站中是加熱水,然後生成水蒸氣推動蒸汽輪機,而在飛機用發動機中,則可能是加熱工質(比如攜帶的水或者大氣),一般加熱空氣的模式更方便,因為不用攜帶沉重的工質水!加熱方式也有兩種:

直接加熱模式間接加熱模式

直接加熱模式優勢非常明顯,即引入大氣後通過核反應堆高溫的堆芯,急劇膨脹後從後噴口噴出,結構簡單,成本低廉,但問題是進入堆芯後的大氣將會攜帶大量的放射性物質後被噴出來,裝載了這種發動機飛過將成為死亡區域,所以這種方案被廢棄!

另一種方案是間接加熱模式,將堆芯放射性汙染區與加熱空氣區域隔離,大氣進入加熱腔到從後方排出,不會受到汙染,因此這就是美蘇兩國競相研製的發動機模式,但這種模式的發動機冗餘結構增加,重量增加,效率下降,複雜度更是陡增,但兩國都拿出了實際樣品並裝載試飛!甚至兩國還製造出了核動力導彈!

核動力導彈

理論上高密度能量的核反應堆可以讓飛機或者導彈在天上飛幾年,如果這個核反應堆100%安全的話,也許我們現在就會坐著成本低廉的核動力客機在全世界飛來飛去!但問題是如果飛機故障墜毀怎麼辦?我們可以預計的是這個區域將半永久性的被廢棄,這在原始森林也許也可以考慮,但飛機需要回機場它們大都會經過人口密集的城市!

另一種是更瘋狂暴力的核彈爆炸型飛行器,簡單的說,就是發動機後面不斷丟核彈,利用核彈爆炸的衝擊波持續不斷的推進飛行器,這種聽上去是不是太瘋狂了?沒錯,NASA的科學還測試了,而且獲得了成功!不過各位放心,NASA測試的是利用TNT爆炸來模擬推進,並不是真的在後面丟核彈!

無論哪種,冷戰時期也許可以理解,但到了和平時期被公開的話,公眾的口水可能會將研究者淹死,因為這種發動機模式根本沒有將公眾的健康放在眼裡,實在是難以想象。

NASA和SPACE正展開的核動力飛船研究

早先在23屆年度商業太空運輸會議(CST)上,與會專家們認真討論核動力在未來航天推進中的作用,改進後的技術將非冷戰時期所能比擬!並且探測器中使用核動力也絕不是現在才提出,早在1977年發射的旅行者一號和二號就裝載了核電池,這種利用氧化鈽衰變的核電池從發射時的1977年一直工作到了2020年仍然在發揮作用,儘管它們提供的電力已經不足,但工作超過40年,這沒有任何一種現有的電池可以比擬!(最新的還有NASA的火星探測器以及中國的嫦娥四號也使用了核電池)

因此核動力對於科學家的誘惑實在是太大了!當前討論的核動力飛船並不會使用“很黃很暴力”的核彈爆炸型,也不會使用會帶來大量汙染的開放式,而會使用更可靠結構的封閉式,隔絕汙染!這種未來將會在太陽系行星之間的推進的發動機,使用核裂變高溫加熱工質氫氣來推進,為了強調其安全性,反應堆將利用低濃度鈾燃料!

Atomos Space執行長小組成員Venessa Clark稱該公司正在開發熱核推進動力航天器,她稱一個易拉罐大小的裂變反應堆可以在3-4個月內將人類送達火星(原文:A soda-can-size fission reactor could propel humans to Mars in just three to four months)!這大約比化學火箭到達火星的時間減少一半,當然如果適當加大反應堆功率,這個時間可以縮短更多!

公眾質疑讓宇航員與危險的核反應堆在一起度過漫長的3-4個月(加上回程就是6-8個月)將會嚴重影響身體健康,但NASA的專家認為,讓宇航員暴露在宇宙輻射下更久的時間同樣危險,因此更快的速度到達火星完全有必要!

似乎很有道理,但我們更關心的是它會不會在發射過程中墜毀,希望不要出現這種令人尷尬的問題!

注:核動力顯然是一種比較好的選擇,但現在如火如荼正在發展的離子推進將會更安全和環保,尤其是最近發展比較快的霍爾推進,在犧牲比衝的基礎上實現了比較大的推力,在土星軌道內,能有效獲得太陽能的距離上,還是比較有前途的!

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