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浪女娇喘图 _科学家沸腾了!地球到火星只要100天?核火箭的力量让人敬畏

作者: | 来源:happyers.cn | 2019-08-25 19:11:38 | 浏览次数:

太阳系是一个非常大的地方,用传统的化学火箭从一个世界飞到另一个世界需要很长时间。但是,上世纪60年代发展起来的一项技术可能会提供一种大幅缩短我们旅行时间的方法:核火箭。

传统的化学火箭

传统化学火箭的工作原理是点燃某种可燃化学物质,然后将废气从火箭尾部喷嘴中挤出。利用牛顿第三定律,即对于每一个作用力都有一个相等的和相反的反应,火箭会受到来自排出气体的反方向推力,进而发射。

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假设我们用传统的化学火箭访问火星,首先我们会从地球上发射进入近地轨道。然后,在正确的时间发射火箭逐渐升起我们的轨道。经过8个月的飞行,直到我们的新椭圆轨道与火星相交。

这就是所谓的霍曼转移,这是我们知道的最有效的太空旅行方式,使用最少的推进剂以及进行最大的有效载荷。当然,问题在于所需的时间。在整个旅程中,宇航员将消耗食物、水、空气,并暴露在深空的长期辐射中。然后,返回任务使对资源的需求加倍,辐射负荷加倍。

核火箭

因此我们需要加快速度。近50年来,NASA一直在思考化学火箭的替代品,也就是核热火箭。它们确实加快了火箭的太空旅程,但它们也有自己的风险,这就是为什么到现在还没采用它们,但是现在也许他们的时间到了。

1961年,美国宇航局和原子能委员会共同研究了核动力推进(NTP)的概念。这是由沃纳·冯·布劳恩(Werner von Braun)开创的,他希望人类任务能在20世纪80年代借助核火箭的动力飞向火星。虽然这并没有发生。但他们确实进行了一些成功的核动力测试,并证明了这是可行的。

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核火箭的工作原理与传统化学火箭类似,但是是利用核能作为动力,比如将一个大理石大小的铀燃料球进行裂变过程,释放出大量的热量。这会把一个氢加热到2500摄氏度,然后以很高的速度从火箭尾部排出。可以得到非常非常高的速度,使火箭的推进效率是化学火箭的两到三倍,这不得不让科学界沸腾了!还记得化学火箭到达火星8个月吗?一枚核动力火箭可以将前往火星的时间缩短一半,甚至100天。这意味着宇航员消耗的资源更少,辐射负荷也更低。

还有一个很大的好处就是当地球和火星没有完全对齐时,核火箭的强大推力可以让任务顺利进行。如果使用化学火箭,一旦错过了正确的时间,就必须再等两年,但是一枚核火箭可以提供额外的推力来解决延误问题。因此,核火箭无论是在动力上还是续航力上都比传统的火箭有着无可比拟的优势,它是未来火箭的新方式。当然,这种由放射性物质驱动的火箭也有其自身的风险。

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1955年,洛斯阿拉莫斯科学实验室的“漫游者”项目(Project Rover)启动了首次核火箭试验。关键的进展是将反应堆小型化,使其能够安装在火箭上。在接下来的几年里,工程师们建造并测试了十几个不同大小和功率输出的反应堆。

随着“漫游者”计划的成功进行,美国国家航空和宇宙航行局(NASA)将目光投向人类前往火星的任务,这些任务将追随阿波罗登月器(Apollo着陆器)登上月球。由于距离和飞行时间,他们决定核火箭将是使任务更有能力的关键。但是核火箭也并非没有风险。飞船上的一个反应堆对宇航员来说是一个很小的辐射源,这将被减少的飞行时间所抵消。而太空本身就是一个巨大的辐射危害,持续不断的银河宇宙辐射会破坏宇航员的DNA。

20世纪60年代末,美国国家航空航天局(NASA)建立了火箭运载器应用核发动机项目(Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application program,简称NERVA),开发将成为载人火星核火箭的技术。

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他们在内华达州沙漠测试了更大、更强大的核火箭,由于当时的环境法比现在要宽松得多,所以他们将高速氢气直接排放到大气中,但是后来该项目在1973年被关闭,从那以后没有人测试过核火箭。

但是,最近的技术进步使核能热推进更具吸引力。早在20世纪60年代,他们唯一可以使用的燃料来源就是高浓缩铀。但是现在工程师们认为他们可以用低浓缩铀来解决问题。这将使得这项研究更加安全,并将允许更多的火箭设施运行测试。它也将更容易捕获废气中的放射性粒子,并妥善处理它们。这将降低使用该技术的总体成本。

2019年5月22日,美国国会批准了1.25亿美元的资金用于发展核动力火箭。虽然这个项目在2024年美国宇航局的阿尔忒弥斯重返月球任务没有任何作用,但它代表了未来的一个发展方向。

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