核动力、太阳能是人类长途宇航新燃料
文章出处：大众科学   发布时间：2005-04-05  


地球是人类的摇篮，但人类不能总生活在摇篮里。特别是当地球日益超负荷运转时，人们开始将目光投向浩瀚的宇宙———运用日新月异的科学技术，璀璨的星辰完全有可能在未来成为人类的天外家乡。


　　地球以外的天体具有广阔的开发前景。月球土壤中的硅以及铁、铝矿分别是制作太阳能电池板和建材的好原料；月球表层的氦同位素氦—3经核聚变可为人类提供能源达数千年之久；火星在天体物理方面与地球有着许多相近的特点：它在太阳系里的位置使其极具潜力成为人类开发深层空间的中转站。然而，人类如何才能较为便利地抵达这些未来的“家乡”呢？凭借目前的航天技术，人类往返火星就需约500天的时间。在这漫漫旅途中，长期失重将导致人血容量大调整、造血功能受抑制、骨质疏松、情绪烦躁。“交通”问题如此严重对未来的开发大大不利。为解决这一问题，科学家正在研究多种方案。


　　美国宇航局计划开发反物质发动机作为新型航天器的推进装置。在理论上，世间可以存在质量相同、电荷相反的原子核和电子，它们会分别形成物质和反物质。当这两种物质碰撞时可释放出比可见光强25万倍的伽马射线和巨大的能量。然而科学家至今在自然界中难觅反物质的踪影。


　　将核反应堆装配在火箭发动机上，开发核动力火箭是美国、俄罗斯科学家致力研究的前沿科学项目。据美国专家透露，当核动力火箭处于工作状态下，被泵压入火箭发动机的液态氢在核反应堆产生的高温作用下会迅速气化膨胀，产生强大的推力。核反应堆的温度越高，火箭的推力就越大。运用这种方法，核动力火箭的能源利用效率可比常规化学燃料火箭高出至少一倍。科学家称，用这种方法可将飞往火星的时间缩短为约300天，而他们的下一个远景目标是，开发出飞行5至10年即可到达邻近恒星星系的核动力航天器。


　　俄罗斯物理动力研究所的科学家在开发这项技术时提出了两条具体建议。一是依据计算，他们主张将核反应堆安装在火箭底部类似圆锥形的喷火口顶端，这样可以在保留有效推动力的同时，把未被利用的热能通过数个喷火口转变为高速粒子流，产生更大的推动力。第二，俄专家指出，目前的航天动力技术只能使发动机核反应堆中10%至15%的铀参与工作，为此必须携带大量用不着的核燃料，增加了不必要的载荷。据悉，他们正在研究的气相反应堆可使铀按规定含量排列起来，充分参与核反应。


　　此外，俄罗斯国家科学中心的专家还透露，充分运用大面积的太阳能电池阵技术甚至能创造出航天奇迹。依据他们的计算，凭借现有的技术，可以制造出每平方米厚5至7微米、重100克的太阳能电池板。在此基础上建造直径为400米的“太阳帆”便可使普通航天运输工具加速行驶，年航行距离为地球与太阳距离的10至20倍。这样，不出两年，人们便可光顾冥王星，站在太阳系的边缘眺望美丽的新世界。