可以让我们不到2年到土星的卫星的直接聚变驱动器

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Darren Orf

Fri, May 12, 2023 at 2:23 AM GMT+8

聚变是太空探索的未来吗？Getty Images

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·                                 太阳系是一个大地方，这使探索它成为一个耗时的过程。

·                                 美国宇航局的即将到来的蜻蜓使命将要用七年旅行到达土星的卫星泰坦，但直接聚变驱动（DFD）推进系统的倡导者说他们可以将那个时间缩短到不到两年。

·                                 无论裂变还是聚变动力的核引擎都可能是我们减少太空过渡时间的最佳（可能的唯一的）希望。

到外太阳系使命最期待的之一是美国宇航局的蜻蜓使命。该使命定于2027年6月发射，将探索土星的卫星泰坦------太阳系中唯一有任何可识别大气层的卫星之一，一个模拟地球上液体循环的（尽管用甲烷）以及刚好我们的圆满喜欢的卫星。蜻蜓号将发送一个类似于火星直升机真诚号但甚至更先进带有8个旋翼的能够在这个卫星表面跳跃的移动着陆器。

听起来酷，对吧？可悲的是，蜻蜓号最终在2034年到达泰坦要用整整七年，但来自普林斯顿卫星系统（PSS）和其他大学和航空机构的科学家说可能有一种更快、更有效从地球的A点到达泰坦的B点的方法------一个直接聚变驱动器（DFD）。

上个月一篇发表在行动航天（Acta Astronautica ）期刊上的论文争论聚变驱动的驱动器能够在为机载电子设备提供动力的同时提供推进力，可能是一种来让更多动力和货物出去到像泰坦等外卫星的一种方式，并设计了一个揭示直接聚变驱动器驱动的泰坦使命会看起来是的样子的场景。

一个国际研究小组 2021 年的一项研究揭示了一个直接聚变驱动器可以在31 个月内将2220磅货物运送到泰坦。就在现在，蜻蜓使命的重量约为990磅。这篇新论文说，普林斯顿等离子体物理实验室开发的普林斯顿反场结构 （Princeton Field-Reversed Configuration (PFRC) ）概念对为这个使命提供动力是至关重要的。

在这种驱动器中应用的聚变并不完全像为地球上聚变反应堆提供动力的聚变（例如它用一种新颖的射频加热机制），但在它的核心它用为我们的太阳提供动力的相同物理学。 另一个好处？它用氢作为燃料，氢恰好是宇宙中最丰富的元素之一。两年前，探索这种聚变驱动器的科学家这样描述这项技术：

在这个直接聚变驱动器中，推进剂首先被电离，然后它进入一个有强大的外部施加的磁场的区域。在这里，推进剂围绕引擎核流动，在它的内部核聚变反应发生，它的产物加热起推进剂。然后，热推进剂膨胀进入一个磁喷嘴，产生推力。

艺术家的美国宇航局和DARPA核热推进演示器的概念。NASA

按照这篇新论文，除了在不到两年让航天器到泰坦之外，该飞船还以通过用一个第二个聚变反应堆来创造一个“闭环电功率发生器”获得大量电力。这也将大大扩展蜻蜓号的目前三年使命的参数。

尽管核聚变在它的包装在一美国宇航局航天器上之前可能还有很长的路要走，但核电力已经正在承诺对人类太空探索的未来是至关重要的。例如，一个核热推进系统------一种可以在短短45天（而不是8个月）内将货物运送到火星的裂变系统------作为美国宇航局创新先进概念计划的一部分刚刚进入第一阶段开发。

原来是核可能很好是国内外的未来。