聚變驅(qū)動的宇宙飛船可能很快就不會再只是科幻小說中的夢想了。研究人員說，如果一切按計劃進(jìn)行的話，DFD引擎(Direct Fusion Drive，直接融

聚變驅(qū)動的宇宙飛船可能很快就不會再只是科幻小說中的夢想了。

研究人員說，如果一切按計劃進(jìn)行的話，DFD引擎(Direct Fusion Drive，直接融合)將能夠在2028年左右首次投入使用。

這對太空迷來說將會是一個大新聞，項目組成員說，這個小型貨車大小的DFD有效負(fù)荷重量可以達(dá)到22000磅(一萬公斤)，并且只需要用兩年的時間就能到達(dá)土星，或者在發(fā)射五年內(nèi)到達(dá)冥王星。(對比數(shù)據(jù)：美國宇航局的卡西尼號探測器花了6.75年的時間才到達(dá)土星，而該機(jī)構(gòu)的新視野號探測器花了9.5年的時間才到達(dá)冥王星。)

此外，該發(fā)動機(jī)還可以作為一種強大的動力源，這意味著該技術(shù)可以在地球以外的地方有廣泛應(yīng)用。

上個月底，新澤西州普林斯頓衛(wèi)星系統(tǒng)副總裁、項目組成員斯蒂芬妮·托馬斯(Stephanie Thomas)在與美國國家航空航天局(NASA)未來太空行動工作組(Future in space Operations working group)發(fā)表的一次演示中說，目前，這可能有助于美國宇航局計劃中的月球軌道空間站，以及月球和火星基地。

DFD是普林斯頓場反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(PFRC , Princeton Field-Reversed Configuration)的一個變體，PFRC是普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的Samuel Cohen在本世紀(jì)初發(fā)明的一個聚變反應(yīng)堆概念。托馬斯解釋說，DFD基本上就是一個開放式的PFRC反應(yīng)堆，通過排氣流來產(chǎn)生推力。

DFD的內(nèi)部將含有氦-3和氘的熱等離子體，氘是一種特殊的“重”氫，其原子核中有一個中子(與沒有中子的“正常”氫相反)。托馬斯說，這些元素的原子會在等離子體中發(fā)生融合，產(chǎn)生大量的能量，和非常少量的危險輻射。

聚變等離子體會加熱在裝置外流動的冷卻推進(jìn)劑，隨后這種推進(jìn)劑會由發(fā)動機(jī)后部的噴嘴噴出，從而產(chǎn)生推力。

托馬斯說，所有的熱量都轉(zhuǎn)化成大量的能量——可能在1到10兆瓦之間。DFD將利用這種能量，使用“布雷頓循環(huán)”發(fā)動機(jī)將大部分熱量轉(zhuǎn)化為電能。

這意味著DFD任務(wù)在到達(dá)目的地后可以進(jìn)行大量的科學(xué)工作。托馬斯說，舉例來說，一個裝有聚變裝置的冥王星軌道飛行器可以將能量向下發(fā)送到冥王星表面的著陸器上，同時還可以向地球發(fā)回高清視頻。

不過，核聚變一向都具有難以駕馭的傳奇色彩;目前，還沒有人成功地展示出一個在商業(yè)上可行的完整聚變反應(yīng)堆。(就像一個老笑話說的那樣，“核聚變是未來的能源，而且永遠(yuǎn)都是。”)但是托馬斯和她的團(tuán)隊認(rèn)為他們的概念有很大的成功機(jī)會。

“DFD不同于其他聚變反應(yīng)堆的概念，”她說，她提到了該概念的體積小、操作干凈、低輻射和獨特的等離子體加熱方法(使用無線電波天線)。

DFD小組最近已從各種機(jī)構(gòu)獲得資金，以繼續(xù)發(fā)展這一概念。例如，該小組2016年至2019年的工作得到了美國宇航局創(chuàng)新先進(jìn)概念項目(NASA innovation Advanced Concepts program)兩輪資金的支持，該項目旨在培育具有潛在革命性的太空飛行技術(shù)的發(fā)展。

DFD今年還獲得了先進(jìn)研究項目機(jī)構(gòu)-能源(ARPA-E)獎，該獎將資助該小組在明年的進(jìn)一步研究。

該團(tuán)隊已經(jīng)通過PFRC-1實驗和PFRC-2展示了一些核心概念。PFRC-1實驗于2008年至2011年在PPPL運行，PFRC-2實驗?zāi)壳皠t正在運行。研究人員尚未實現(xiàn)核聚變，但他們希望能夠在本世紀(jì)20年代中期的PFRC-4實驗中實現(xiàn)核聚變。

在實現(xiàn)核聚變不久之后，一個飛行原型機(jī)就會面世。托馬斯說，在一次成功的演示飛行之后，最早的真正飛行任務(wù)可能會在2028年進(jìn)行。

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