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可观看我们的《核选项》和《重振猎户座计划:核航天器推进的新时代》节目。
加粗 - 核热推进器
在核热推进系统中,核反应堆的冷却方式与常规裂变反应堆类似,但核反应堆产生的热量会被直接用于加热推进剂。
尽管具体的工程设计复杂多样,但核热推进的基本原理非常简单:
1. 利用未来的推进剂冷却核反应堆;
2. 在不导致设备熔化的前提下,尽可能提高推进剂的温度。
在设计中,需要考虑 “闭环循环” 与 “开环循环” 的选择:
· 闭环循环:推进剂不直接与核反应堆堆芯接触,避免推进剂被放射性污染,但系统复杂度和成本较高;
· 开环循环:推进剂直接流经反应堆堆芯,吸收热量后从尾部喷出 —— 这种设计成本低、效率高,但喷出的推进剂具有放射性,因此不适合在有人活动的区域(如地球表面、近地轨道)使用。
无论是闭环还是开环核热推进系统,都能显著简化行星际任务 —— 尽管太空本身已充满辐射,但只需为船员提供适当的辐射屏蔽,并确保航天器在接近或离开有人居住的天体时的安全性即可。
尽管核热推进器通常被宣传为 “从未用于地球发射”,但从现实角度来看,配备闭环系统的核热推进器用于地面发射是相对安全的 —— 其危险性与常规火箭相比并无显著差异,即使发生故障,碎片坠落造成的风险也可控。因此,未来核热推进器有可能成为常见的发射载具。
目前,核热推进器更多被设想为 “二级推进系统”:
· 利用常规火箭或太空电梯等方式,将航天器送入地球高轨道的空间站;
· 在空间站上为航天器加注核热推进系统所需的燃料,然后利用核热推进器实现从地球轨道到其他天体的航行。
加粗 - 猎户座推进器
猎户座推进器是核脉冲推进器最著名的实例,其工作原理是在航天器后方引爆核弹,利用核爆炸产生的巨大推力将航天器加速到极高的速度 —— 足以实现星际旅行。
加粗 - 氧化剂
所有需要燃烧燃料的火箭都离不开氧化剂 —— 因为燃烧过程需要氧气参与。在大多数情况下,分子氧是最常用的氧化剂。
在火箭推进中,推进剂通常是燃料与氧化剂燃烧后的产物 —— 例如,大多数火箭的排气中都含有大量二氧化碳和水,这与汽车尾气的成分相似。
加粗 - 光子火箭
一款优秀火箭的关键在于拥有高排气速度 —— 从航天器尾部喷出的粒子速度越快越好。在已知的粒子中,除了假想的快子(Tachyons)外,没有任何粒子的速度能超过光子(光的粒子)—— 光子以光速传播,引力波的速度也与光速相同。
光子火箭(有时也被称为 “手电筒推进器”)正是基于这一原理设计的:以光子作为推进剂,从航天器尾部喷出 —— 这些光子可以是普通可见光、激光束,也可以是微波、伽马射线甚至无线电波等不同频率的电磁辐射。
理论上,若航天器能携带大量以光子形式存在的推进剂(或能将物质转化为光子的装置,如反物质湮灭装置、黑洞蒸发装置),就能实现接近光速的飞行。
然而,当前的技术面临一个重大难题:能量密度极低。例如,现代电池的能量密度不足 100 万焦耳 / 千克(即 1 兆焦 / 千克),仅为等质量汽油或火箭燃料的 1%-2%。而 1 千克光子(或其质量能量等效物)的能量高达 900 亿兆焦 —— 这意味着,一块耗尽的电池实际上只损失了几纳克的质量,而非 1 千克。
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