这种技术与猎户座推进器的设计思路相似 —— 后者通过在航天器后方引爆核弹来推动航天器,而新星推进器则是通过在恒星表面引发核爆炸来推动恒星,只不过规模要庞大得多。
加粗 - 核电动离子推进器
核电动离子推进器(也称为核电动火箭或核电动推进系统)是一类以核反应堆(裂变或聚变反应堆)为能量来源的推进系统。
其工作流程如下:
1.
核反应堆产生热量;
2.
通过热机将热量转化为电能;
3.
电能用于驱动电动推进系统(如离子推进器),通过电极或电磁体加速带电粒子,使其以高速喷出,产生推力。
这类推进系统的应用场景包括:
· 航天器依靠核反应堆为飞船供暖、照明、维持生命支持系统等设备供电,同时利用多余电能驱动离子推进器,实现航天器的推进。
然而,核电动离子推进器面临两大主要挑战:
1.
能量转换损失:在 “热能→电能→推进力” 的转换过程中,每一步都会产生显著的能量损失;
2.
设备复杂性:需要携带额外的能量转换设备、电力传输系统等,这些设备不仅增加了航天器的质量,还存在磨损和维护需求。
因此,许多核动力推进设计方案都在尝试规避 “通过热机发电” 这一步骤,例如核灯泡推进器、核热推进器、核脉冲推进器等。
加粗 - 核灯泡推进器
初看之下,核灯泡推进器可能会被误认为是一种光子火箭,而且它确实可以被改造为光子火箭。
但核灯泡推进器的核心设计目的是:
1.
核心结构:采用一个工作温度约为 22000 开尔文的气态堆芯裂变反应堆;
2.
石英壁设计:在反应堆外部设置一层石英壁,该石英壁对反应堆在 22000 开尔文温度下发射的辐射(主要是硬紫外线)具有透明性;
3.
推进方式:
o 若让紫外线直接从航天器尾部射出,可构成一台功率较弱但性能稳定的光子火箭(由于核反应堆能量密度高,其效率仍优于传统化学火箭);
o 更常见的设计是:让紫外线照射到推进剂上,推进剂吸收紫外线能量后被加热至高温,随后高速喷出 —— 这种方式的排气速度最高可达 30000 米 / 秒,远高于目前最先进的化学火箭燃料,非常适合用于行星际航天器。
加粗 - 核脉冲推进器
核脉冲推进器(也称为外部脉冲等离子体推进系统)最著名的应用实例是猎户座推进器。
其核心原理是:在航天器后方引爆核弹,利用核爆炸产生的巨大能量推动航天器加速。
核爆炸的能量与质量成正比,因此这种推进方式的能量密度极高。
但需要注意的是:
· 并非所有核脉冲推进器都使用大型核弹或高频率爆炸;
· 理想情况下,我们希望使用小型核弹,并实现近乎连续的爆炸,以产生类似 “核火箭火焰” 的持续推力;
· 但现实中,核弹的尺寸越大,成本通常越低、效率越高;
· 因此,要实现 “微型核爆炸”(威力相当于常规炸弹甚至手榴弹),需要依赖超稀有人工元素或反物质催化核聚变技术。
核脉冲推进器的基本设计包括:
1.
推板(Pusher te):在航天器后方安装一块大型坚固的金属板,用于吸收或反射核爆炸释放的光子和粒子,将爆炸冲击力转化为向前的推力;
2.
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