未来核动力飞船的工作原理(二)

  在我们的设计中,反应堆中的核燃料由一些带孔的金属板卷成筒而成,中间是空心的。燃料卷筒外覆盖一层缓和剂--氢化锂,用来降低核裂变时在燃料中产生的中子的速度。冷却剂--液氢从外部进入燃料卷筒,受热之后,迅速变成气体流向中间的空心。大约2,700摄氏度的过热气体会以很快的速度沿着卷筒中心的通道流动,最后穿过末端的小 喷管。

  核动力推进装置的一个诱人之处在于它能从太阳系外的巨大行星中的气态氢或从遥远的卫星和行星上的冰中获取大量的推进剂-氢。由于核燃料的使用时间相对较长,因此从理论上讲核驱动的航天器可在太阳系外飞行10到15年,必要时可补充推进剂-氢。航天器能在木星、土星、天王星和海王星的大气层飞行数月,收集有关星球构成、天气条件及其他特征的详细数据。此外,它还可以飞到木卫二、冥王星或木卫六,采集岩石样品 ,通过电解融化的冰水收集氢气补充动力原料,然后再返回地球。

  核反应堆在离地球很远的地方才开始工作,因此核动力的航天器实际上可以做得比化学燃料驱动的深空探测器还要安全。在太阳系外,太阳光非常微弱,难以为探测器上的仪器提供能量。因此,它们通常使用钚238作为动力源,钚238即使是在发射航天器过程中放射性也很强。另一方面,核动力驱动的探测器中的反应堆不仅产生推力,也为各种仪器提供能量。此外,完成一次深空飞行只生成大约1克的裂变产物,且在任何情况下都不会返回到地球上,因此产生的放射性废料可忽略不计。

  核火箭并不属于新鲜事物。美国国防部在20世纪80年代就曾提出了太空核热推进计划。这项计划的目标就是研制一种轻型小巧的军用核能发动机,如:把重型有效载荷发射到地球高轨道。这一方案是在粒子床反应堆的基础上设计出来,反应堆中的燃料是由很小的压缩碳化铀粒子构成的,在碳化铀的外面还涂有碳化锆。尽管在制造核能发动机之前,离子床反应堆的研制工作才结束,但工程师们按照这种设计成功地制造并启用了小功率反应堆,并且还验证了可获得高功率密度。

  事实上,在很大程度上,Mitee要归功于粒子床反应堆的研制工作,为此, 我和我的同事们在Brookhaven国家实验室投入了十几年的精力。Mitee的燃料组件也采用基本的环行结构,另外它还选用质量轻、热稳定性能好的氢化锂作为缓和剂。Mitee燃料组件的功率密度至少达到每升10兆瓦。

  很显然,我们使用化学火箭探索带外行星及其卫星的可能性微乎其微。近期,只有核火箭能够提供所必需的动力、可靠性和灵活性,使人类对太阳系深处的神秘世界有更深入的认识。

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