人类为啥需要核动力火箭?核动力火箭的优势是什么?

如题所述

从世界上第一个支火箭发射至今,我们会发现其实现代火箭的速度并没有比多年前进步多少。但是在浩瀚遥远的太空里,更快的火箭能够帮助我们更快地到达目的地,甚至能载人到更遥远的星际去旅游,当然这是后话了。然而,随着载人登火星计划不断提上日程,科学家也不断在思考,究竟要如何来提高火箭的速度。事实上,有一个答案,但是似乎令人有一点恐惧,那就是核火箭。我们先来看一个带核反应堆卫星的故事和一个核动力电池的故事。



宇宙-954

苏联曾经在卫星中装入核反应堆发射到太空当中,但是核燃料的敏感性太强,当时的苏联承受着巨大的国际压力,后来这个卫星项目被取消了,这个核反应堆的卫星也宣告失败。



而且苏联的这些间谍卫星最后坠落到了地球表面上,美国和加拿大开展了宇宙-954的残骸碎片回收的项目,有一些卫星碎片还具有很强的放射性,苏联为此支付了3百万加元的赔偿。

然而,随着管制核空间飞行的法律发生了变化,下一代火箭的研制工作已经开始。

旅行者1号

旅行者1号采用的就是核动力电池,然后航天器上还携带了少量的燃料。事实上核能并不是直接用来提供动力的,而是用来提供电力来维持航天器运行的。事实上,航天器在外空中飞行需要的动力很少,更多的是依靠飞行器的惯性,也就是说,刚冲上天是什么速度,它就会以这个速度进行惯性飞行。



需要更快的速度

太空旅行首先是要发射火箭让飞船进入预定的轨道。我们看火箭发射的时候,都会看到火箭喷射上天的那一刻,有许多大型燃料共同燃烧推动着火箭向上。



当宇宙飞船到达太空的时候,为了摆脱地球的引力,那么飞船就需要一定的加速度来逃离,这时候核系统就能派上用场了。如果要探测更远的东西,往往就需要这些动力更强,更得劲的燃料。

更快的火箭不仅能减少宇航员暴露在太空辐射的时间,还能大大增加太空航行的效率,比如飞向海王星花了12年,但是对于人类寿命来说这12年太长了。



推进系统

推进系统主要有火箭推进系统和航空推进系统。当飞船需要脱离地球引力的时候,需要推进系统提供加速度,也就是推力;还要考虑在单位燃料产生的能量,也就是能量密度;最后还要考虑在给定燃料数量的时候产生的推力大小,也就是质量效率。



目前大多使用的都是太阳能电力推进系统和化学推进系统。

电力和化学推进系统

化学航空推进系统能够提供很大的推力,但是化学火箭推进系统的效率就比较一般了,火箭燃料的密度也比较低。比如将宇航员送上月球的火箭升空时需要产生3500万牛顿的力,就携带了95万加仑的燃料。太重了,如果要飞到深空去,燃料很可能都不够用。



电力推进系统主要利用的是太阳能电池板产生的电力产生推力,最常见的方法就是使用电场加速离子,比如在霍尔推进器。通常是用来为卫星提供动力的,质量效率比化学推进高多了,但是产生的推力却相对很小,虽然能量来源在本质上是无限的,但是当它远离太阳时,问题就大了。



核动力火箭

核动力火箭最出彩的地方,就是在理论上克服了太阳能和化学推进系统的弊端。它的能量密度非常的高,核反应堆中使用的铀燃料的能量密度比联氨(一种典型的化学火箭推进剂)高400万倍。比起几十万加仑的燃料,只需少量的铀就能把火箭送入太空,感觉轻松了不少。



两套方法,两个系统

工程师们基于核系统,设计了两个方案。



第一种叫做核热推进。这些系统非常强大,效率一般。类似是制造一个小型核裂变反应堆,加热氢气等气体,然后这些气体通过火箭喷嘴加速以提供推力。NASA的工程师估计,由核热推进技术驱动的火星之旅将比化学燃料火箭短20%-25%,效率是是化学推进系统的两倍以上,也就是说相同质量的推进剂产生的推力多了足足两倍。



第二个是核电力推进。基本原则是利用高能裂变反应堆产生电力,然后为电力推进系统提供动力,就像霍尔推进器一样。这将是非常有效的,大约比核热推进系统的三倍。由于核反应堆可以产生大量的能量,许多单独的电力推进器可以同时运行来产生大量的推力。这其实是更佳的方案,因为效率高且推力高。



既然核动力系统看起来这么吸引人,为什么仍然没有实现呢?

尚未实现的原因

主要有两点,第一是受到法律法规的影响,核能火箭升空的审批异常的复杂;第二点是研究经费不足,因为更多的研究经费仍用在传统燃料的研究之上。

而且核能伴随的安全问题是非常值得警惕的。

小结:

将反应堆带上太空曾被证明过是一件后果非常严重的事情,但是人类为了追求更快更强,在确保飞行员的健康安全和更快的研究成果的情况下,还是很有可能会坚持去研究核动力的火箭。虽然核动力火箭的优越性非常的凸显,但是它也存在一些重大的安全隐患问题。你觉得现在研究核能火箭还为时尚早吗?你支持这种研究吗?

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第1个回答  2021-01-11
核动力火箭不需要担心能量不足的问题了,可以在宇宙中长时间飞行,是人类探索宇宙最理想的工具。
第2个回答  2021-01-17
为了探索宇宙的奥秘。优势是减轻质量,最大程度上发挥能量。同时,核动力戴上其他燃料,能够减轻飞行器的质量。
第3个回答  2021-01-16
我觉得对核动力火箭的需要可从其优势方面体现出来。核动力火箭能有更快的速度,更强的飞行能力,质量更轻,能装载完成更多的东西。