未来核动力飞船的工作原理(一)

  未来,当人们探索太阳系带外行星时,人类要做的不仅仅是发射一些与它们迅速擦肩而过的小型探测器,而且将把航天器送入围绕着这些庞然大物的轨道,或者让机器人降落到它们的卫星上,甚至采集那里的岩石和土壤样品带回到地球。最终,我们还会把宇航员运送到这些新奇、令人神往的卫星上。相信在它们之中的一些卫星上存在着大量生物赖以生存的液态水。

  如果要完成这些使命,我们需要一种靠核动力来驱动而不是靠化学燃烧驱动的火箭。尽管化学火箭也十分出色,但与核火箭相比,给定燃料有限,因此产生的能量相对较少,极大地限制了航天器。例如,由于化学燃料驱动的航天器的质量受到了严格的限制 ,因此如果要到达带外行星,必须要借助于行星引力。当航天器与行星足够近时,行星引力场就象弹弓一样加快它的飞行速度。如果要借助行星引力,设计者们需要等待选择合适的时机发射,以使航天器朝着定位合适的行星方向飞去,以提高飞行速度,到达更遥远的天体。

  从技术角度来说,化学火箭的最大速度增量很小,也就是说,这种火箭的排气速度不够大,不能给予火箭很高的速度。最好的化学火箭利用氢氧的化学反应,它给予航天器脱离地球轨道时的最大速度增量为每秒钟10千米。

  相反,核火箭提供的最大速度增量可达到每秒钟22千米,使航天器能够直接到达土星,飞行时间减少到三年,而传统航天器则要花费七年的时间。核火箭非常安全而且有利于环保:与人们平时的想法相反,发射核火箭时,放射性并不强。载有核助推器的航天器作为普通化学火箭头部的有效载荷被发射出去。当有效载荷进入地球高轨道时,即大约800公里以上,核反应堆开始工作。

  目前,制造核动力火箭发动机所需的技术并非遥不可及。事实上,有人已经设计了一种小型核动力火箭发动机,称为微型核反应堆发动机(Mitee)。大约六至七年可制造出来。耗资六到八亿美元(对空间发射来说,这个费用适中)。实际上,研制发动机的费用可以从以后所节省的发射成本中弥补回来。使用这种发动机不需要携带大量的化学推进剂,也就是说,发射时可以选用价格低廉的"德尔它"或"宇宙神"运载火 箭代替"大力神"4。"大力神"4的发射费用为2.5-3.25亿美元,而"德尔它"或"宇宙神"的发射费用只有0.5到1.25亿美元。

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