两年到土星!英美合作制造世界最大核聚变火箭发动机
来源:行业新闻    发布时间:2024-01-31 07:57:21| 阅读次数:518

  2023年7月7日,英国空间推进领域的脉冲星聚变公司(Pulsar Fusion)官网报道,他们正在建造一款核聚变火箭发动机。

  这款发动机是直接聚变驱动(Direct Fusion Drive,DFD),是一种紧凑型核聚变发动机,可为宇宙飞船提供推力和电力。

  直接聚变驱动火箭发动机使用氘和氦3作为推进剂。等离子体中产生的辐射能首先被捕获并转化为电力,用来维持等离子体的温度、激活磁场线圈、充电电池、进行通信和姿态控制等。然后在等离子体边缘注入一些推进剂,被等离子体加热后通过一个磁性喷嘴加速排出,形成一个高速的尾流,由此产生推力。这种推力可以依据需要调节大小和方向,使得飞船可以在太空中灵活地转向和变轨。

  这款核聚变火箭发动机速度高达804672公里/小时,计划在2027年发射,并将成为太阳系中最热的地方(数亿度,比太阳还热)。模型显示,这项技术有可能是在4年内将质量约为1吨的航天器推进到冥王星,还将在有效载荷到达时提供高达 2 MW 的电力。

  脉冲星聚变公司目前正致力于建造初样静态核聚变火箭发动机。2021年完成加热技术的技术状态(SoA)评估后,专家小组进行了进一步分析,最终决定开始系统的初始设计。

  这款发动机的研制目前已进入第三阶段,即初始测试单元的制造。静态测试将于2024 年开始,随后于2027年对该技术进行在轨演示。

  该公司慢慢的开始在英国布莱奇利建造长8米的核聚变反应室。它与新泽西州的普林斯顿卫星系统合作,利用超级计算机模拟等离子体在电磁约束下的行为,以及等离子体在离开火箭发动机时的表现,这一些数据将辅助核聚变火箭发动机设计。下一步将是在轨演示,该公司将首次尝试在太空中发射核聚变动力推进系统。

  脉冲星聚变公司首席财务官詹姆斯·兰伯特博士说:“当前技术难题在于如何在电磁场内保持和限制超热等离子体,等离子体的行为使用传统技术很难预测。“

  “科学家们无法控制湍流等离子体,因为这项技术需要数亿度的超高温度和压力才能发挥作用。这种不可预测性归因于磁氢动力学(MHD)和回旋动力学科学,等离子体的状态一直在变化。”

  兰伯特博士补充道:“正如最近在加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔实验室所证明的那样,科学家能轻松实现核聚变温度,并且未来将更频繁地实现这一温度条件”。

  DFD基于美国普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的反向场配置(PFRC)实验项目,目前已进入了第二代装置PFRC-2的阶段。脉冲星聚变公司利用AI机器学习来分析和预测PFRC-2等离子体的数据,以解决控制和维持高温高密度等离子体的挑战。PFRC-2已经成功地验证了奇对称旋转磁场加热方法的可行性,并且创造了FRC等离子体维持的时间的世界纪录。

  脉冲星聚变公司由Richard Dinan于2011年创立,总部在英国牛津,目前为航空航天和国防部门生产霍尔推力器和二级火箭发动机。该公司于2022年获得了英国航天局的资助,与核先进制造研究中心和剑桥大学一起开发核裂变电推进系统。

  核聚变推进技术能够说是航天工业的明珠,该公司声称其聚变火箭将能够将火星任务时间缩短一半,并使载人土星之旅从10 年缩短到2年。这听起来像科幻小说,但脉冲星聚变公司CEO理查德·迪南在最近的一次采访中表示,聚变推进迟早会实现。

  对该公司来说,深空旅行取决于核聚变推进。太空环境下的核聚变比地球上用于发电的核聚变简单得多。因为太空环境非常寒冷,且接近完美的真空,有利于核聚变反应。核聚变反应产生令人难以置信的单位体积内的包含的能量,实现超快的行驶速度,而这与现有推进系统相比仅需要一小部分推进剂。

  本文转载自“空天动力瞭望”,原标题《两年到土星!英美合作制造世界最大核聚变火箭发动机》。

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