核火箭太空觅知音

中核院士

核火箭太空觅知音

　　有的科学家确信外星人的存在，而且找到了许多令人信服的证据。现代科学家估计，在浩瀚无边的宇宙中，有亿万个像地球一样生机盎然的星体。其中定有类似地球人的智慧生物生活着的星体，甚至有的已发展到比地球上更发达的核子时代。

　　有了这样的基本估计，人类决意出使茫茫太空去找觅知音人。1977年8、9月间，美国分别发射了“旅行者1、2号”无人驾驶宇宙探测器，带上包括115张有代表性的地球图片和35种自然音响录音带，先去拜访太阳系中地球的姐妹星，随后离开太阳系，飞向深空去寻找宇宙人。

　　早在1913年，小说家韦尔斯在《人类的解放》一书中，曾大胆地幻想过带着原子弹的原子飞机参加了欧洲战争。那时，科学家刚刚打开原子的一扇小窗，原子世界才透进了一丝黎明的曙光。后来，随着原子世界大门被敲开，科学家们就大胆地设想用核能作动力来推进飞船。

　　1955年，美国开始研究核子火箭。后来这项计划曾一度因种种原因而进展缓慢，但在研究中，科学家已找到了一些有希望的设计方案。

　　在征服宇宙的征途中，已迈出了可喜的头几步。人类已在宁静的月球表面上留下了浅浅的脚印。还多次派出空间探测器对金星、火星。木星等地球的近邻作近距离的考察，发现了许多前人未曾知晓的奥秘。然而，迈出这几步，人们已经付出了高昂的代价。以美国登月计划为例，就花费了十年时光和200多亿美元。推动登月飞船的巨大土星号运载火箭，就有35层楼房那样高。然后，由太空运输船将燃料箱运往太空，并一一挂在核动力火箭上。带足燃料的核动力火箭，载着宇航员离开地球轨道，飞向遥远的星球，然后模仿登月航行，派登陆舱在外星体上着落。在完成考察任务后返回等候在轨道上的母船，对接后重返地球轨道。核动力火箭在地球轨道和遥远星球之间往返运行，长期肩负星际航行的任务，无需返回地面。

　　核火箭用的发动机是靠核燃料裂变时产生的巨大热能，将推进剂加热到极高温度（4000℃以上）。推进剂因而获得动能，以极高速度从尾部喷出，从而推动火箭高速飞行。

　　由于核燃料体积小、发热量大，核火箭可做到重量轻、体积小，化学燃料火箭根本不能与它抗衡。

　　国外研究得比较多的核火箭发动机叫“过热喷射式核发动机”。它的核心是一个小巧玲珑的核反应堆，核燃料制成燃料元件，排成堆芯。启动时将液氢打进堆芯，受热后迅速变成摄氏几千度的高温气体，从火箭尾部高速喷射出来，产生巨大推力，这种发动机比较容易实现，也可能比化学火箭更经济。但由于冲量不够大，还不能作为远程的星际航行工具。

　　第二种叫“等离子挤压式核发动机”它的心脏也是一个核反应堆，但反应堆不是用来供热，而是用来供电的。启动时，先向Y型真空室注入推进剂（如液氢），接着马上将两端封闭起来，并接通电流，使推进剂加热到摄氏70万度。这时推进剂已成为高温等离子体，它在电磁力的推动下，从火箭尾部喷出。由于喷出的等离子体可达极高速度（甚至接近光速），因此可以将火箭加速到星际航行所要的速度。

　　第三种叫“气体堆芯核发动机”。它是以气态铀或钚代替固体核燃料，利用气体核燃料的裂变反应放出的热量，把来自燃料箱的液氢加热到极高温度（9000℃以上），以强大的排气流推动火箭。备有这种核发动机的火箭可肩负火星之行的光荣使命。

　　最后一种叫“爆炸排气式核发动机”。发动时向爆炸室内注入少量核爆炸剂，利用核爆炸对室壁产生的巨大压力来推动火箭前进。

中核院士

飞出太阳系


　　美国的“猎户星”航天计划中，打算采用爆炸排气式核发动机火箭。科学家设想在直径上百米的圆盘状宇宙飞船底部，产生一千吨级核爆炸。在核爆炸产生的冲击力推动下，飞船可达到极高的飞行速度。飞船底部装有气囊等减震装置，可确保舱内人员、仪表和货物不被震坏。美国通用动力公司曾用化学爆炸将一艘小型宇宙飞船模型射向太空，这是一次初探。

　　将来，人类不但要飞出世代居住的地球，而且要离开太阳系作令人神往的太空旅行。也可能到某个未知星体上与外星人聚会，而且这一光荣使命要在人的有生之年内完成。

　　要实现这一美好理想，人类必须要与时间赛跑，使自己的生命进程变得更慢些，以适应去数十光年以外的天涯旅行的需要。当然，乘坐现有速度不高的宇宙飞船作这番旅行是不可能的。但要是乘坐接近光速的飞船，就可能达到目的。

　　您也许读过关于一位宇航员作了一次接近光速的航行后回来与亲人团聚，发现他的儿子已变成白发老人，而自己却很年轻的科学幻想故事。起初可能感到很离奇，但要是用科学的道理分析一下，就一点也不觉得惊奇了。相对论已告诉人们，在接近光速飞驰的物体上的时钟，会大大减慢。同理，在接近光速飞行的飞船上，人的衰老过程也会大大减慢，科学家已为相对论找到了实验依据，他们将K介子加速到近光速时，终于出现了K介子寿命大为延长的奇迹。

　　可以坚信，随着宇航技术的发展和核火箭的应用，人类有朝一日会亲眼见到“山中方七日，世上已千年”的神话般的事实。当然，要使核动力火箭加速到接近光速是极不容易的，人类务必付出艰辛的努力。

中核院士

登上火星

　　据1922年初报载，美国一些着名科学家和工业界人士指出，假如美国宇航员要登上火星的话，必须依靠核动力。

　　在1975年美国阿波罗号和前苏联联盟号对接中作为指令长的托马斯·斯塔福特，曾经领导一个小组在研究对太阳系探险的几个计划以及有关的技术细节。

　　1989年，当时的美国总统布什在庆祝首次登月20周年大会上的讲话推动了人们提出各种计划。为响应布什的号召，美国宇航局准备对火星进行探险。

　　在副总统奎尔的要求下，美国宇航局发出34500封信以征求实现布什目标的意见。美国宇航局从全国各州的科学家和工业界人士中，以及从学校的孩子中收到1697封回信。斯塔福特小组将各种意见汇集起来，并提出火星探险的四条不同的途径。所有意见都认为，飞船要依靠核动力，以缩短到达火星的时间，这将使宇航员少受太阳耀斑和宇宙射线的照射。另外，核动力反应堆也比化学推进器轻，可降低发射运载火箭的费用。

　　1969年7月21日人类就踏上了月球，实现了人类千百年来的梦想。现在科学家们又把眼光转向了火星，他们预言这一目标将在21世纪实现。尽管还不能确切指出具体的日期，但只要通过努力克服目前宇航技术方面尚存在的不足之处，人类登上火星之日是可以期待的。

　　作为可供完成火星之行的运载火箭之一是核聚变动力火箭，现在成了科学家们研究的课题。他们的方案为：将各种材料和构件陆续运送到地球轨道上，在那里组装核聚变动力火箭，因为在零重力空间可以组装起比在地球上巨大得多的火箭。利用这种火箭把宇宙飞船送上火星，可给宇航员赢得10－20天在火星表面活动的时间，并能返回地球。

　　核聚变动力火箭采用氘和氦－3组合燃料，这种推进方式具有很高的效率，但在技术上有很大困难，不易实现。此外，美国劳伦斯·利物莫尔国家实验室的罗德里克·海德博士也提出了使用氘和氚作为核聚变动力火箭燃料的设想：用数毫克这种燃料将50克固态氢包成小球，然后将这些小球以每秒50个的速率经加速后喷向发动机后方。在圆锥形反应室中用激光照射这些小球，于是便可以引发微型核爆炸，在这种核聚变反应中产生的等离子体经线圈制成的抛物面状超导磁场向火箭后方喷出。如果让爆炸和加速以脉冲形式持续下去，宇宙飞船就能逐步达到相当高的飞行速度。

　　目前世界各国火箭使用的多为化学燃料，气体的喷射速度仅为每秒数公里，但是如果实现了这种激光核聚变，等离子体的喷射速度就能达到每秒6000～10000千米。

　　这种核聚变动力火星火箭的全长为200米，重量为300吨，包括 5～10名乘员在内可向火星运送约100吨有效载荷。使用化学燃料火箭往返火星一次，无论如何也得用一年以上时间，而利用这种火箭用100天时间就足够了，这对宇航员们来说，当然是好事。

　　要实际造出这种激光核聚变动力火箭，必须使在超高温条件下发生的核聚变及在超低温条件下产生的超导技术趋于完善，还必须尽快开发产生强力激光脉冲光束的技术。尽管困难尚多，但完全可以把将人类更快更远地送上其他行星的希望，寄托于核聚变动力火箭身上。

23tc

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