目前,人類航天事業(yè)面臨的最大瓶頸就是火箭的動力問題。
現(xiàn)在想要離開地球就必須要依靠化學動力火箭,而化學動力火箭因為要用絕大部分的載荷裝載燃料,所以真正能夠運出地球的東西可以說是少得可憐,如何突破這個瓶頸呢?就是從根本上改變火箭的動力方式,用核動力來替代化學動力。人類已經(jīng)發(fā)明了核動力潛艇、核動力航母,核動力火箭自然也就有可能實現(xiàn)。其實,NASA針對核動力火箭的研究早在上世紀60年代就開始了。
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核動力火箭到底是怎么一回事?為什么60多年還沒有成真呢?
想要知道核動力火箭是如何工作的,先要從我們熟悉的化學動力火箭說起。在化學動力火箭的內(nèi)部存在有兩個儲存罐,一個負責儲存燃料,可以是液態(tài)氫氣,也可以是甲烷或者煤油,另一個負責儲存氧化劑,通常就是液態(tài)氧。在火箭發(fā)射時,兩個儲存罐中的物質(zhì)會被泵入到燃燒室,混合爆炸并產(chǎn)生大量廢氣,這些廢氣從火箭尾部的噴嘴高速噴出,就制造出了推動火箭上升的推力。從中我們可以看出,火箭動力的最終來源就是高速噴出的氣體,也就是說只要能夠制造出高速氣體,什么方式并不重要。
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NASA研究的核動力火箭,應該被稱為核熱推進火箭,也就是利用核裂變所產(chǎn)生的熱量推動火箭。
具體的原理是這樣的,在核動力火箭的內(nèi)部存在著一個核反應堆,其主要原料是濃縮鈾。核反應堆的基本原理就是用自由中子撞擊鈾原子核,使之產(chǎn)生更多的中子去撞擊其它的鈾原子核,以此產(chǎn)生鏈式反應并釋放出巨大的熱量。對核裂變反應有所了解的人都應該知道,只需要很少量的濃縮鈾,核反應堆就能夠持續(xù)工作很長時間,所以這一部分的重量幾乎可以忽略,占用空間也很小,如此核動力火箭的載荷比就要比傳統(tǒng)的化學動力火箭高出一大截。
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當然,只有一個能夠產(chǎn)生高熱的核反應堆是不夠的,還需要能夠噴出的工作物質(zhì),于是在火箭的內(nèi)部還保留了一個儲存罐,這個儲存罐儲存的是液態(tài)氫。
因為核反應堆的溫度接近3000攝氏度,所以當氫氣被釋放出來之后,會迅速被加熱到2500攝氏度左右,受熱的氫氣會迅速膨脹,于是也就獲得了極高的速度,當這些氣體從火箭的尾部噴出之后,便給火箭帶來了極大的推力,相比傳統(tǒng)的化學動力火箭而言,核動力火箭的推力可以達到前者的2至3倍。
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既然核動力火箭這么好,為什么研究了60多年還沒有上線呢?
核動力火箭的最大用途就是進行載人遠距離航行,由于強大的推力,它可以將原本的航行時間大幅縮短。但是就在NASA實現(xiàn)登月之后,原本載人探索火星的計劃卻被擱置了,于是為此而研究的核動力火箭也就一起停了下來。現(xiàn)在NASA又一次把載人探索火星提上了日程,核動力火箭的研究自然也就隨之重新啟動了。
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根據(jù)NASA的計劃,大概在2027年左右,核動力火箭的研究就可以完成,人類歷史上的第一枚核動力火箭將正式問世。
不過這一回的核動力火箭與60多年前的研究發(fā)生了一些變化,它不再是單純的核熱推進火箭,而是一枚核熱與核電相結合的火箭,核熱的部分與之前類似,而核電的部分則是我們比較熟悉的霍爾推進器了。通過兩種動力方式,可以為火箭帶來更高的比沖,更有利于火箭奔向遙遠的宇宙深空。
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