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核动力空间站

2017-4-26 18:38| 发布者: 站长| 查看: 26| 评论: 0

摘要: 核动力空间站+太空大棚=自给自足 自给自足+生命保障+无限动力=穷游太阳系

核动力空间站+太空大棚=自给自足    自给自足+生命保障+无限动力=穷游太阳系

20世纪50年代,核电站、核动力船舶、核动力飞机等技术设想层出不穷。大胆的科学家把目光投向了美国和苏联逐渐膨胀的核武库,他们打算把这些核弹作为火箭燃料,推进飞船飞向遥远太空。这个铸剑为犁的计划就是"猎户座核火箭计划"。


核火箭的技术论证最早出自美国核科学家乌拉姆。其原理是使一颗颗小型原子弹在飞船尾部相继爆炸而产生反作用力推动飞船前进。如果每颗原子弹的爆炸当量为1000吨TNT,估计爆炸50颗原子弹后飞船速度可达12千米/秒。1958年,美国核科学家泰勒在此基础上提出了"猎户座"计划。按照泰勒的设想,每颗原子弹的爆炸当量为2000吨TNT(在大气层外),爆炸50颗这样的原子弹后,飞船的最大速度可达70千米/秒。该火箭可以用来发射大型载人行星际飞船,可以用125天飞到火星,用3年时间飞到土星。


由于不清楚飞船尾部的巨大推进盘是否会被核爆炸后产生的高温等离子体熔化或腐蚀,科学家用氦离子发生器进行了模拟测试。通过试验发现,瞬间高温的等离子只会对金属推进盘表面产生轻微的腐蚀,其程度甚至可以忽略不计,没必要设计专门的冷却系统,并且普通的铝和钢就足以做为制造金属推进盘的材料。猎户座计划的工作者们建造了一系列模型,用以测试铝制的推进盘能不能承受化学爆炸的瞬间高温高压。一些模型在实验中被毁,但是1959年一个火箭模型使用6个普通炸弹成功地飞行到了100米的高度,证明了脉冲推进是能够稳定飞行的。这次试验也证明,推进盘应该是中间最厚、向边缘逐渐变薄的形状,才能达到最高强度和最低重量。


根据计划,猎户座火箭将从美国内华达州杰克斯平地核试验场发射升空,整个火箭和飞船加在一起有16层楼高,外形像一颗钝头子弹。飞船尾部的推进盘直径达41米,发射平台由8个高达76米的发射塔组成。在起飞阶段以每秒一枚的速率引爆100吨TNT当量的小型原子弹;而当飞行器达到一定速度后,引爆速率将下降到每10秒一枚,不过这时抛出的将是2万吨当量的核弹。这个方案要求火箭一直垂直向上飞行直至冲出大气层(化学能火箭通常在大气层内一定高度就开始转向),这样可以使放射性沾染降到最低。当火箭被发射升空后,它的尾部每10秒钟就要爆炸一颗相当于2万吨TNT当量的小型原子弹。


1963年签署的《禁止在大气层和外层空间进行核试验条约》从法理上宣判了任何在大气层内点燃的核火箭为非法。1965年,"猎户座"计划研究终止。该计划雄心勃勃的口号"1965年到达火星,1970年到达土星"永远没能实现。好在这个光辉的想法在科幻中获得了新生。在科幻电视剧《星际迷航》第一季(1966-1969年播出)里有一集名为"世界是空的,我摸到了天空",讲述了一个种族将一颗铁质小行星掏空改造为世代飞船,运用猎户座式的核弹脉冲发动机,在太空中前行了30光年,历时一万年。

在接下来的岁月里,经历过三里岛、切尔诺贝利等核事故的公众,对在太空计划中采用有潜在核污染可能性的核火箭持保留态度。核火箭的舞台,只能从更遥远的深空找寻。


"代达罗斯计划"是英国星际学会在1973至1978年之间倡导的研究计划,提出使用核聚变火箭推进的无人飞船对另一个恒星系统进行快速的探测。该计划设想在一个人的有生之年——50年——之内,抵达另一颗恒星。距地球6光年的巴纳德星被选择为该计划的目的地。


根据上述要求,火箭工程师阿兰-邦德率领的13人研究小组提出了核聚变火箭的构思。它的核聚变火箭不是在像猎户座那样在外部爆炸原子弹,而是依靠内部的发动机,在一个磁场构筑的"燃烧室"中,向核燃料球发射电子束,产生离子。用磁场限制等离子体的办法维持持续的核聚变。这将比猎户座计划的核裂变更高效,因为猎户座计划中原子弹的大部分爆炸能量都没投射到船体上转化为动力。


设计中的代达罗斯火箭比猎户座火箭更加庞大。虽说是一台无人飞船,但这个无人飞船重达5.5万吨,相当于半艘尼米兹级核动力航空母舰的重量。长度达到190米。这是一艘真正的星际飞船,其中5万吨都是燃料的重量。科学仪器重量只有区区的500吨。因为实在太大,无法一次发射到太空中,这台探测器只能在地球轨道上利用微重力环境组装。代达罗斯火箭由两部分组成,第一级火箭工作2年,把飞船加速到光速的7.1%。之后第二级火箭工作1.8年,把飞船加速到光速的12%,然后关闭发动机,在茫茫太空中依靠惯性滑行46年,最后到达目的地。因为在太空中要经受住极低温的考验,飞船外壳大量使用了铍,使飞行器在低温中仍然能保持结构强度。


火箭的核聚变燃料由氦-3和氘构成,氦-3是氦的一种同位素,原子核里有两个质子和一个中子。地球上没有氦-3,为了获取代达罗斯飞船需要的3000吨氦-3,当时科学家们设想在木星的卫星上建立飞船组装基地,将在地球上制造的飞船部件,运到这个基地组装,并利用木星上丰富的氦资源来制造氦-3燃料。当然,现在已经探测到月球表面也有大量氦-3,所以不必舍近求远了。至于氘(氢的一种同位素),可在地球的海水中提取。


代达罗斯的推进系统是核聚变脉冲火箭,它巧妙绕开了1963年的部分禁止核试验条约。代达罗斯所依赖的聚变脉冲对环境影响小,不受条约限制。按照设计,氘和氦-3组成的混合燃料球由高能电子束在惯性约束反应室中点燃并爆发,爆发产生的离子气在磁场的约束下以每秒1万千米的速度排出船尾,以作为动力的来源。每秒代达罗斯需要消耗250个燃料球。

著名的宇宙954号核动力侦察卫星,1978年坠入加拿大境内,引发大面积放射性污染,核动力卫星的安全问题一直是限制其发展的主要因素。2009年11月11日报道 在最近的一次会议上,俄罗斯经济现代化与技术开发总统委员会呼吁开发使用兆瓦级核推进装置的运输-能量舱。俄罗斯总统梅德韦杰夫认可了该计划,并许诺为其寻找资金。分析家称,如果能够在核推进上获得突破,俄罗斯能够恢复它一流航天大国的地位。 过去的经历证明,如此昂贵的技术特别难于发展。美国和苏联曾努力尝试生产商业核推进装置。当时苏联发展了11B91试验性核发动机,而美国则开发了NERVA(用于火箭飞行器应用的核发动机)系统,它的推力大约为4吨。苏联和美国的核卫星项目后来被一系列的事故所葬送。


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