那些妄图征服太空的核动力火箭
c6h2ch3no232013/09/20科学技术学 IP:加拿大
本帖最后由 c6h2ch3no23 于 2013-9-20 11:45 编辑

猎户座计划
20世纪50年代,大胆的科学家把目光头像美苏日益庞大的核武器库,打算将核弹作为火箭燃料,于是猎户座计划应运而生。
核火箭的技术结论最早出自美国核科学家乌拉姆,他认为将50颗1000tTNT当量的核弹在飞船尾部相继爆炸后,飞船速度可达12km/s。1958年,美国核科学家泰勒在其基础上提出了猎户座计划,他设想将50颗2000tTNT当量的核弹在飞船尾部相继爆炸后(在外太空),飞船速度可达70km/s,使大型载人飞船穿梭于行星间。

美国科学家计划造一艘像远洋巨轮般庞大的太空船———“猎户座”,并用数千枚小型核弹做动力,将这艘至少可以乘载40名宇航员的太空船送往火星、木星或土星。根据计划,“猎户座”太空船只需125天就能往返火星,飞船上可以携带100吨设备和食品,如果换成常规的火箭推进飞船,这简直是不可能的事。在美国科学家的最初计划中,“猎户座”太空船将在1970年载着宇航员抵达土星,“猎户座计划”聚集了当时世界上最优秀的科学家。
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lie.jpg l3.jpg “猎户座”太空船的工作原理是∶让太空船携带数千枚小型核弹,当飞船需要动力时,宇航员就从船尾释放出一颗核弹,接着再释放出一些由含氢塑胶制成的固体圆盘,当飞船驶出一定距离,核弹将在飞船后面爆炸,蒸发掉塑胶圆盘,将其转化成高热的等离子浆。这些等离子将会向四面八方冲击扩散,其中一些将会追上太空船,撞击太空船尾部巨大的金属推进盘,从而推动太空船高速行驶。这种推进方法实际上是原始的脉冲推进。事实上,这些等离子的推动力将非常猛烈,它们将会使飞船产生令人难以承受的加速度,因此,太空船上将设计一个震波吸收系统,冲撞到金属推进盘上的能量可以被储存起来,并逐渐被释放出去。 由于不清楚太空飞船的硕大推进盘是否会被核爆炸后产生的高温等离子融化或腐蚀,科学家用氦离子发生器进行了摹拟测试发现,瞬间高温的等离子只会对金属推进盘表面产生轻微的腐蚀,甚至可以忽略不计,没必要设计。
在泰勒等科学家的计划中,“猎户座”太空船将从美国内华达州杰克斯平地核测试地点被发射升空,“猎户座”太  
空船将有60层楼高,外型有点像颗子弹头,太空船尾部的推进盘直径将达41米,发射平台将由8个高达76米的发射塔组成。当太空船被发射升空后,先每隔一秒丢下一颗100tTNT当量的小核弹,当达到一定速达太空船尾部每隔10秒钟就要爆炸一颗相当于2万吨TNT能量的小型原子弹,垂直飞出大气层。
猎户座计划几乎没有缺陷,而1959年一个利用6颗普通炸弹的火箭模型成功飞到100m高空,也验证了这种脉冲推进的可行性。
然而,猎户座飞船每一次升空大阅会造成0.1~1人死亡改变了科学家的抉择,1963年签署的《禁止在大气层和外层空间进行核试验条约》从法律上宣判在大气层内点燃核火箭是非法的,这直接造成了1965年猎户座计划研究终止。
在科幻电视剧《星际迷航》第一季《世界是空的,我摸到了天空》一集中这个想法获得了新生。
中国科幻小说《三体》中也有这个想法的影子



代达罗斯计划
英国皇家星际学会于1973年的提出代达罗斯计划,以更强大而且环保效果好一些的聚变力量代替原子弹。这个计划的目标是向6光年以外的巴纳德星(Barnard's star,是距离太阳系第二近的星)发射一个探测器,并用50年的时间到达那里。
代达罗斯恒星际探测器这个项目不是在象猎户座那样在外部爆炸,而是内部的发动机,在一个磁场构筑的“燃烧室”中,向小燃料球照射发射电子束,产生离子。用磁场限制离子浆的办法将比猎户座计划更高效,因为猎户座计划中原子弹的大部分爆炸能量都没投射到船体上转化为动力。
dai2.jpg dai.jpg 12.jpg
探测飞船的质量为5.5万吨,其中推进装置重量是5万吨,预计经过持续44个月的加速后,可以达到光速的12%。可以说代达罗斯计划的理论是很有说服力的,设计上并没有什么突兀之处。有不少科学家认为我们执着于受控核聚变是没有意义的,我们完全可以用不完全受控的核聚变来作为动力,而象猎户座所需要的那些技术甚至在上世纪60年代末就已经存在了。
总的来说,核裂变发动机是相当现实的东西,而核聚变发动机则基本偏向科幻,需要很多技术突破才能变成现实。但裂变材料很稀缺,而用于核聚变的氘和氚却很多,在近处的月球上尤其丰富。此外,核聚变还有大幅度降低辐射污染的前景,其方式是利用氢核(质子)和硼-11(80%的硼是以硼-11同位素的形式存在)反应,虽然反应困难而且产生的能量小,但不产生γ射线和中子,只产生α粒子,可以说是相当干净的反应。所以人们对核聚变发动机仍旧存在更大的期望。
计划中重达5,5万吨的代达罗斯火箭长190米,核燃料就有50000吨,科学仪器只有500吨,在轨道上组装完成后,第一级火箭工作两年,将飞船加速至光速的7.1%,第二级火箭工作20个月,将飞船加速到光速的12%,然后关闭发动机依靠惯性滑行46年,到达巴纳德星。
1978年,英国皇家星际学会公布了代达罗斯计划的最终方案,该计划提出了有史以来第一份详细的核动力飞船设计图纸,皆在讨论可能性。但直到今天,代达罗斯计划的核心技术仍旧是纸上谈兵,没有核聚变火箭,没有木星开采技术,数万吨的核燃料也久无法在获得。
在轨道上建造几万吨的航天器也是天方夜谭,而且巨大项目花费也无法承受,金属铍的开采也决非易事。但即便如此,代达罗斯计划仍是目前研究论证最完备的计划。

后记
个人认为猎户座计划是第一个无工质推挤火箭计划,拥有跨时代意义,而代达罗斯计划无疑是设计最完整的无工质推挤火箭计划,关于香皂火箭q说还没有核动力火箭是很正常的,毕竟无工质推挤是跨时代的,而这两个计划无疑是超前的
+20  科创币    香皂火箭q    2013/09/20 长见识了,不错。为何没有核发动机?
+10  科创币    大庆发射区    2013/09/20 三体好评--------
+10  科创币    大庆发射区    2013/09/20 三体好评--------
+20  科创币    jn久    2013/09/21 无工质推进到底设什么,高科技啊
来自:科创总论 / 科学技术学
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~~空空如也
c6h2ch3no23 作者
11年4个月前 IP:未同步
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11年4个月前 IP:未同步
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拔刀斋 发表于 2013-9-20 16:35
喷气Z箍缩实验装置的介绍,大型装置可以做脉冲聚变反应堆、小型装置可以做脉冲软X射线源,有一定的DIY价值
...


这是工质推进吧
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拔刀斋 发表于 2013-9-21 00:14
核推进都属于工质推进,所谓“无工质推进”指的是只发射光子


猎户座记划应该是无工质吧
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11年3个月前 IP:未同步
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拔刀斋 发表于 2013-9-21 16:15
“猎户座”太空船的工作原理是∶让太空船携带数千枚小型核弹,当飞船需要动力时,宇航员就从船尾释放出一 ...


这不是利用高速气体的反作用力吧
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c6h2ch3no23
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