星際爭霸：滿足未來的核動力宇宙飛船

【摘要】使用常規氫氧燃料的宇宙飛船能夠把人類帶到月球、火星或金星上。但是，人類對太陽系其他行星的探索，以及它之外的其他星球，將需要基於核裂變和核聚變的飛船，包括核脈衝推進的概念。

伊卡洛斯星際

俄羅斯爆炸專家Nikolai Kibalchich在19世紀後期首次提出了利用爆炸燃燒的火箭推進系統的想法。然而，波蘭出生的美國核物理學家Stanislaw Ulam提出了使用核爆炸來推動宇宙飛船的概念。1947年，Ulam在人造衛星1號和太空時代即將到來的十年之前提出了這個想法。Ulam的提議設想使用附著在飛船上的金屬屏蔽來利用核爆炸的力量並將飛船推進。

Project Orion＆PK-5000

在20世紀50年代後期，由物理學家泰德·泰勒（Ted Tailor）和弗里曼·戴森（Freeman Dyson）領導的美國科學家開始了Project Orion項目，該項目旨在創建一個核脈衝推進系統驅動的航天器模型。Project Orion車輛概念包括核脈衝單元和冷卻劑儲罐，推板和兩級減震器，以吸收來自核爆炸的能量並推進船舶向前，以及飛船前面的有效載荷部分。

Orion太空船設計圖

除了速度之外，這個概念還被吹捧為在理論上能夠承載比常規燃料火箭高一個數量級的有效載荷。科學家估計，如果核電衝擊每三秒引爆一次，該飛船能夠達到光速的3％，從而使人類在大約140年內到達離我們太陽系最近的半人馬座阿爾法（Alpha Centauri）。半人馬座，是一顆三合星系統，是距離太陽最近的恆星系統。

宇宙航空學家，歷史學家和科幻小說作家Anton Pervushin在向Rossiya Segodnya科學撰稿人Tatyana Pichugina講述Orion項目時解釋說，這個想法很吸引人，因為「只有在核脈衝推進系統的幫助下，宇宙飛船才能加速到明顯的相對論速度「。

Project Orion設計的計算機模型

當然，蘇聯科學家也在探索核爆驅動飛船的概念，包括蘇聯「氫彈之父」物理學家安德烈·薩哈羅夫（Andrei Sakharov）。在一艘被稱為「vsryvolet」（字面意思是「爆炸飛行物」）的飛船上，蘇聯人的工作重點是可能將這一概念用於大規模長距離太空探索。

薩哈羅夫的概念被命名為PK-5000，旨在利用爆炸為1000噸以上和10-20名宇航員的有效載荷提供動力。

Sakharov"s vzryvolet的設計圖

在1963年簽署了禁止在地球大氣層、太空和水下進行核武器試驗的「部分禁試條約」（Partial Test Ban Treaty）之後，Orion項目及vsryvolet項目均停止了。

核熱推進

1971年，德裔美國物理學家弗里德瓦特·溫特貝格（Friedwardt Winterberg）發表了一篇科學論文，提出利用由強電子束觸發的熱核反應作為加速航天器的手段。據估計，核聚變反應所產生的能量比傳統的氫氧推進劑高出2600萬倍，比核裂變的能量高4.3倍。

1973年，英國星際學會（British Interplanetary Society）的科學家們組建了一個以核聚變為動力的推進系統的願景計劃：Daedalus項目。

Tatyana Pichugina寫道：「熱核聚變發生在恆星內部，在地球上創造它需要超高的溫度和氫氣或氫氦燃料。計算表明，氘和氦-3混合物的熱核聚變能使飛行速度達到每秒3.6萬公里，或者是光速的12%。在這樣的速度下，半個世紀後，飛船就能到達5.9光年以外的伯納德恆星（Bernard）。相比之下，目前世界上速度最快的宇宙飛船——航海家1號（the Voyager 1），通過其在土星附近的引力機動，加速後的速度也才每秒17.02公里。

在結構上，Daedalus項目計劃設計一個5萬噸大的燃料箱，每一秒鐘會將少量的氘/氦-3混合燃料芯塊送到燃燒室進行爆轟處理，由此產生的等離子體氣流通過強大的磁性噴嘴。這艘無人駕駛飛船將運載500噸的有效載荷，包括科學設備。

1978年，Daedalus項目的研究工作被取消了。2009年，由Tau Zero基金會支持的英國星際學會科學家開始了Icarus項目的工作，該項目是Daedalus項目的精神繼承。

Icarus項目預想在距離地球15光年內發送多個探測器，對恆星和行星進行詳細的研究。像Daedalus項目一樣，該項目需要氦-3作為燃料，在海王星或木星上可以找到足夠的氦-3，但在地球上卻很稀少。根據目前的技術發展速度，這種外星球採礦以及這樣的使命可能要到2300年才能實現。

最終，Anton Pervushin認為，只要《核試驗禁止條約》仍然有效，核脈衝推進將不可避免地仍然是一個理論概念。此外，正如Pichugina解釋的，除了法律問題之外，一些技術問題仍未解決。期中包括如何將燃料應用於燃燒室、如何分攤加速度、如何保護機組免遭宇宙輻射以及總體上確定最有效的航天器類型。

儘管如此，正如Pervushin指出的那樣，如果人類想要擺脫太陽系的束縛，並向附近發送大型航天器，那麼核脈衝推進仍然是唯一現實的選擇。

核電推進

除了有關星際核裂變和核聚變推進的相關研究之外，蘇聯科學家還從1960年代到80年代專心致力於核裂變電力推進系統，它將核熱能轉化為電能，然後用於傳統電推進系統。

裝備核動力火箭發動機的宇宙飛船概念圖

20世紀80年代後期，蘇聯繼續對這些技術進行試驗，甚至設想使用核裂變為基礎的能源作為達到火星的現實手段。

蘇聯從1988年開始使用核推進技術的火星任務

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