美媒报道：星际穿梭之核动力火箭可将前往火星的旅程时间缩短一半

摘要：在太空中执行这一过程听起来像是在已经很复杂的技术上增加了一层额外的复杂性，但理论上它可能比在地球上发生得更早。它可以帮助航天器达到每小时 500,000 英里（805,000 公里）的速度——比有史以来最快的物体——美国宇航局的帕克太阳探测器还要高，后者的峰值

英国初创公司 Pulsar Fusion 正在开发 Sunbird，这是一种核聚变火箭，可以大大缩短太空旅行时间，图中所示为艺术家的印象。

美国有线电视新闻网（CNN—

几十年来，世界上一些最聪明的人一直在追逐核聚变的梦想。原因很容易理解——复制地球上恒星的内部运作意味着几乎无限的清洁能源。

尽管进行了长期的尝试和多次突破，但梦想尚未变为现实，我们可能还需要很多年才能在地球上的任何地方看到聚变发电厂。

在太空中执行这一过程听起来像是在已经很复杂的技术上增加了一层额外的复杂性，但理论上它可能比在地球上发生得更早。它可以帮助航天器达到每小时 500,000 英里（805,000 公里）的速度——比有史以来最快的物体——美国宇航局的帕克太阳探测器还要高，后者的峰值为每小时 430,000 英里（692,000 公里）。

在英国航天局的资助下，英国初创公司 Pulsar Fusion 退出了 Sunbird，这是一种太空火箭概念，旨在与轨道上的航天器相遇，连接到它们上，并使用核聚变以极快的速度将它们运送到目的地。

“在地球上进行聚变是非常不自然的，”Pulsar 创始人兼首席执行官 Richard Dinan 说。“Fusion 不想在大气层中工作。太空是一个更合乎逻辑、更明智的核聚变场所，因为无论如何，这就是它想要发生的地方。

目前，Sunbird 正处于建设的早期阶段，需要克服特殊的工程挑战，但 Pulsar 表示，它希望在 2027 年首次在轨道上实现聚变。如果火箭投入使用，有朝一日可能会将潜在火星任务的旅行时间缩短一半。

核聚变不同于核裂变，核裂变是当前核电站的动力。裂变的工作原理是利用中子将铀等重放射性元素分解成较轻的元素。在此过程中释放的大量能量用于发电。

聚变则相反：它使用高温和高压将氢等非常轻的元素结合成较重的元素。“太阳和恒星都是聚变反应堆，”Dinan 说。“它们是元素炊具——将氢煮成氦气——然后当它们死亡时，它们会产生构成一切的重元素。归根结底，宇宙主要是氢和氦，其他一切都是通过聚变在恒星中煮熟的。

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聚变之所以受到追捧，是因为它释放的能量是裂变的四倍，是化石燃料的四百万倍。但与裂变不同的是，聚变不需要危险的放射性材料——相反，聚变反应堆将使用氘和氚，这些重氢原子具有额外的中子。他们将使用微量的燃料，并且不会产生危险废物。

然而，聚变需要大量的能量才能开始，因为必须创造类似于恒星核心的条件——极高的温度和压力，以及保持反应进行的有效限制。地球上的挑战是从聚变中产生比开始时投入的更多的能量，但到目前为止，我们几乎没有收支平衡。

多个组织正在研究将核聚变用作地球上的能源。图为日本中聚变研究所世界上最大的实验性核聚变反应堆 JT-60SA 的一部分。

但是，如果发电不是目标，事情就会变得不那么复杂，Dinan 说——只有创造更快排气速度的简单目标。

为核聚变提供动力的反应发生在等离子体（一种带电的热气体）内部。就像地球上提议建造的反应堆一样，Sunbird 将使用强磁铁加热等离子体，并为燃料（以克为单位）粉碎和聚变创造条件。但是，虽然地球上的反应堆是圆形的，以防止粒子逸出，但在 Sunbird 上，它们将是线性的——因为逸出的粒子会推动航天器。

最后，它不会从聚变反应中产生中子，地球上的反应堆利用聚变反应来产生热量;相反，Sunbird 将使用一种更昂贵的燃料，称为氦-3 来制造质子，质子可以用作“核废气”来提供推进。

Dinan 说，Sunbird 工艺成本高昂且不适合在地球上生产能源，但由于其目标不是制造能源，因此该工艺可能效率低下且成本高昂，但仍然很有价值，因为它可以节省燃料成本，减轻航天器的重量，并更快地到达目的地。

根据 Dinan 的说法，Sunbirds 在停靠站的作类似于城市自行车：“我们将它们发射到太空中，我们将有一个充电站，它们可以坐在那里，然后与你的飞船会合，”他说。你关掉了低效的内燃机，并在你旅程的大部分时间里使用核聚变。理想情况下，你会在火星附近的某个地方有一个空间站，你会在近地轨道上有一个空间站，（太阳鸟）会来回移动。

Pulsar 的首席执行官 Richard Dinan 和研究工程师 Bilge Kacmaz 检查了一个用于模拟太空条件的真空室，以进行聚变推进测试。

一些组件今年将进行轨道演示。“它们基本上是电路板，需要进行测试，以确保它们能正常工作。不是很令人兴奋，因为没有融合，但我们必须这样做，“Dinan 说。“然后，在 2027 年，我们将把 Sunbird 的一小部分送入轨道，只是为了检查物理特性是否像计算机假设的那样工作。这是我们的第一次在轨演示，我们希望在太空中进行聚变。我们希望 Pulsar 将成为第一家真正实现这一目标的公司。

据 Dinan 称，该原型将花费约 7000 万美元，它不会是完整的 Sunbird，而是一个“线性聚变实验”来证明这一概念。他说，如果必要的资金得到保证，第一台正常运行的 Sunbird 将在四到五年后准备就绪。

最初，Sunbirds 将用于在轨道上穿梭卫星，但它们的真正潜力将在行星际任务中发挥作用。该公司举了几个 Sunbird 可以解锁的任务示例，例如在不到六个月的时间内向火星运送多达 2,000 公斤（4,400 磅）的货物，在两到四年内将探测器部署到木星或土星（NASA 的木卫二快船于 2024 年发射到木星的一颗卫星，将在 5.5 年后到达），以及一项小行星采矿任务，将在一到两年而不是三年内完成与近地小行星的往返旅行。

其他公司正在研究用于太空推进的核聚变发动机，包括总部位于帕萨迪纳的 Helicity Space，该公司于 2024 年获得了航空航天巨头洛克希德马丁公司的投资。总部位于圣地亚哥的通用原子公司（General Atomics）和美国宇航局（NASA）正在研究另一种类型的核反应堆——基于裂变而不是聚变——他们计划于2027年在太空中进行测试。与目前的选择相比，它还意味着作为载人火星任务的更高效的推进系统。

伦敦帝国理工学院（Imperial College London）航天器等离子体推进领域的高级讲师 Aaron Knoll 未参与 Pulsar Fusion，他表示，利用聚变能进行航天器推进的潜力巨大。“虽然我们距离使聚变能成为地球上可行的发电技术还有几年的时间，但我们不需要等待开始将这种能源用于航天器推进，”他说。

他补充说，原因是要在地球上发电，能量输出量需要大于能量输入量。但是，当在航天器上使用聚变能产生推力时，任何能量输出都是有用的——即使它小于提供的能量。所有这些来自外部电源和聚变反应的综合能量都将提高推进系统的推力和效率。

然而，他补充说，要使太空聚变技术成为现实存在重大技术障碍。“目前地球上的聚变反应堆设计是大型和重型系统，需要支持设备的基础设施，如储能、电源、气体输送系统、磁铁和真空泵设备，”他说。“将这些系统小型化并使其轻量化是一项相当大的工程挑战。”

华盛顿大学的航空航天学教授Bhuvana Srinivasan也未参与Pulsar，他同意核聚变推进对太空飞行有着巨大的前景：“即使对于月球之旅来说，它也将极其有益，因为它可以提供在一次任务中部署整个月球基地和机组人员的方法。如果成功，它不仅会逐步而且会显着超越现有的推进技术，“她说。然而，她也指出了使其紧凑和轻便的困难，这是一个额外的工程挑战，而地面能源的考虑较少。

根据 Srinivasan 的说法，解锁聚变推进不仅可以让人类在太空中旅行得更远，而且会改变无人任务的游戏规则，例如收集氦 3 等资源，氦-3 是一种聚变燃料，在地球上很稀有，必须人工制造，但在月球上可能很丰富：“如果我们能建造一个月球基地，成为深空探索的起点，获得潜在的氦-3 储备可能是无价的，“她说。

“探索更远的行星、卫星和太阳系对于我们作为人类的好奇心和探索性至关重要，同时也有可能以我们可能尚未意识到的方式带来巨大的经济和社会利益。”