愛(ài)華網(wǎng)發(fā)表于：2010-08-06 21:33:23 作者:掙扎多年發(fā)短信加好友更多作品博客
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未來(lái)，當(dāng)人們探索太陽(yáng)系帶外行星時(shí)，人類要做的不僅僅是發(fā)射一些與它們迅速擦肩而
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過(guò)的小型探測(cè)器，而且將把航天器送入圍繞著這些龐然大物的軌道，或者讓機(jī)器人降落
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到它們的衛(wèi)星上，甚至采集那里的巖石和土壤樣品帶回到地球。最終，我們還會(huì)把宇航
員運(yùn)送到這些新奇、令人神往的衛(wèi)星上。相信在它們之中的一些衛(wèi)星上存在著大量生物
賴以生存的液態(tài)水。
如果要完成這些使命，我們需要一種靠核動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)而不是靠化學(xué)燃燒驅(qū)動(dòng)的火箭
。盡管化學(xué)火箭也十分出色，但與核火箭相比，給定燃料有限，因此產(chǎn)生的能量相對(duì)較
少，極大地限制了航天器。例如，由于化學(xué)燃料驅(qū)動(dòng)的航天器的質(zhì)量受到了嚴(yán)格的限制
，因此如果要到達(dá)帶外行星，必須要借助于行星引力。當(dāng)航天器與行星足夠近時(shí)，行星
引力場(chǎng)就象彈弓一樣加快它的飛行速度。如果要借助行星引力，設(shè)計(jì)者們需要等待選擇
合適的時(shí)機(jī)發(fā)射，以使航天器朝著定位合適的行星方向飛去，以提高飛行速度，到達(dá)更
遙遠(yuǎn)的天體。
從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，化學(xué)火箭的最大速度增量很小，也就是說(shuō)，這種火箭的排氣速度
不夠大，不能給予火箭很高的速度。最好的化學(xué)火箭利用氫氧的化學(xué)反應(yīng)，它給予航天
器脫離地球軌道時(shí)的最大速度增量為每秒鐘10千米。
相反，核火箭提供的最大速度增量可達(dá)到每秒鐘22千米，使航天器能夠直接到達(dá)土
星，飛行時(shí)間減少到三年，而傳統(tǒng)航天器則要花費(fèi)七年的時(shí)間。核火箭非常安全而且有
利于環(huán)保：與人們平時(shí)的想法相反，發(fā)射核火箭時(shí)，放射性并不強(qiáng)。載有核助推器的航
天器作為普通化學(xué)火箭頭部的有效載荷被發(fā)射出去。當(dāng)有效載荷進(jìn)入地球高軌道時(shí)，即
大約800公里以上，核反應(yīng)堆開(kāi)始工作。
目前，制造核動(dòng)力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)所需的技術(shù)并非遙不可及。事實(shí)上，有人已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種小型核動(dòng)力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，稱為微型核反應(yīng)堆發(fā)動(dòng)機(jī)（Mitee）。大約六至七年可制造出來(lái)。耗資六到八億美元（對(duì)空間發(fā)射來(lái)說(shuō)，這個(gè)費(fèi)用適中）。實(shí)際上，研制發(fā)動(dòng)機(jī)的費(fèi)用可以從以后所節(jié)省的發(fā)射成本中彌補(bǔ)回來(lái)。使用這種發(fā)動(dòng)機(jī)不需要攜帶大量的化學(xué)推進(jìn)劑，也就是說(shuō)，發(fā)射時(shí)可以選用價(jià)格低廉的"德?tīng)査?或"宇宙神"運(yùn)載火箭代替"大力神"4。"大力神"4的發(fā)射費(fèi)用為2.5-3.25億美元，而"德?tīng)査?或"宇宙神"的
發(fā)射費(fèi)用只有0.5到1.25億美元。
在我們的設(shè)計(jì)中，反應(yīng)堆中的核燃料由一些帶孔的金屬板卷成筒而成，中間是空心
的。燃料卷筒外覆蓋一層緩和劑--氫化鋰，用來(lái)降低核裂變時(shí)在燃料中產(chǎn)生的中子的速
度。冷卻劑--液氫從外部進(jìn)入燃料卷筒，受熱之后，迅速變成氣體流向中間的空心。大
約2,700攝氏度的過(guò)熱氣體會(huì)以很快的速度沿著卷筒中心的通道流動(dòng)，最后穿過(guò)末端的小
噴管。
核動(dòng)力推進(jìn)裝置的一個(gè)誘人之處在于它能從太陽(yáng)系外的巨大行星中的氣態(tài)氫或從遙
遠(yuǎn)的衛(wèi)星和行星上的冰中獲取大量的推進(jìn)劑-氫。由于核燃料的使用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此
從理論上講核驅(qū)動(dòng)的航天器可在太陽(yáng)系外飛行10到15年，必要時(shí)可補(bǔ)充推進(jìn)劑-氫。航天
器能在木星、土星、天王星和海王星的大氣層飛行數(shù)月，收集有關(guān)星球構(gòu)成、天氣條件
及其他特征的詳細(xì)數(shù)據(jù)。此外，它還可以飛到木衛(wèi)二、冥王星或木衛(wèi)六，采集巖石樣品
，通過(guò)電解融化的冰水收集氫氣補(bǔ)充動(dòng)力原料，然后再返回地球。
核反應(yīng)堆在離地球很遠(yuǎn)的地方才開(kāi)始工作，因此核動(dòng)力的航天器實(shí)際上可以做得比
化學(xué)燃料驅(qū)動(dòng)的深空探測(cè)器還要安全。在太陽(yáng)系外，太陽(yáng)光非常微弱，難以為探測(cè)器上
的儀器提供能量。因此，它們通常使用钚238作為動(dòng)力源，钚238即使是在發(fā)射航天器過(guò)
程中放射性也很強(qiáng)。另一方面，核動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的探測(cè)器中的反應(yīng)堆不僅產(chǎn)生推力，也為各
種儀器提供能量。此外，完成一次深空飛行只生成大約1克的裂變產(chǎn)物，且在任何情況下
都不會(huì)返回到地球上，因此產(chǎn)生的放射性廢料可忽略不計(jì)。
核火箭并不屬于新鮮事物。美國(guó)國(guó)防部在20世紀(jì)80年代就曾提出了太空核熱推進(jìn)計(jì)
劃。這項(xiàng)計(jì)劃的目標(biāo)就是研制一種輕型小巧的軍用核能發(fā)動(dòng)機(jī)，如：把重型有效載荷發(fā)
射到地球高軌道。這一方案是在粒子床反應(yīng)堆的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)，反應(yīng)堆中的燃料是由
很小的壓縮碳化鈾粒子構(gòu)成的，在碳化鈾的外面還涂有碳化鋯。盡管在制造核能發(fā)動(dòng)機(jī)
之前，離子床反應(yīng)堆的研制工作才結(jié)束，但工程師們按照這種設(shè)計(jì)成功地制造并啟用了
小功率反應(yīng)堆，并且還驗(yàn)證了可獲得高功率密度。
事實(shí)上，在很大程度上，Mitee要?dú)w功于粒子床反應(yīng)堆的研制工作，為此，XXX
在Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室投入了十幾年的精力。Mitee的燃料組件也采用基本的環(huán)
行結(jié)構(gòu)，另外它還選用質(zhì)量輕、熱穩(wěn)定性能好的氫化鋰作為緩和劑。Mitee燃料組件的功
率密度至少達(dá)到每升10兆瓦。
很顯然，我們使用化學(xué)火箭探索帶外行星及其衛(wèi)星的可能性微乎其微。近期，只有
核火箭能夠提供所必需的動(dòng)力、可靠性和靈活性，使人類對(duì)太陽(yáng)系深處的神秘世界有更
深入的認(rèn)識(shí)。
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