宇宙飞船可以使用核动力吗?为什么?

发布网友 发布时间：2022-04-24 14:11

我来回答

共4个回答

热心网友 时间：2023-08-10 14:37

理论上讲，宇宙飞船使用核动力（Nuclear Power）是完全可行的，也是人类未来飞往深层星际空间的最佳动力。

宇宙空间中几乎没有物质，飞船不能像划船一样前行。如果想要向前，就得朝后方扔东西。飞船向前飞行增加的动量（mv）完全来自发动机喷出物质的反向动量。飞船在喷射物质的过程中不断加速，所以如果想要飞得更快一些，第一选择就是携带更多的化学燃料。但当飞船携带了很多燃料以后，燃料自己的重量会让发动机不堪重负。为了增加速度，飞船携带燃料重量的增加是指数式上升的。飞船需要增加携带10倍的燃料，其速度却只能上升1倍多一点。

加速飞船的另一个方法就是增加飞船燃料的燃烧效率，这个方法可以使得飞船喷射物质的速度增快。如果发动机能够更高效地产生能量，飞船就可以获得更大的加速度。如果燃料的效率增加一倍，那么飞船最终可以达到的速度就可以增加一倍。

宇宙飞船目前普遍使用化学燃料作为发动机能源。我国最新的运载火箭“长征5号”飞船使用液氢和液氧作为第一级的燃料。氢和氧完全燃烧可以产生热能作为飞船的推进动力，但化学反应所释放的能量很有限，无法让飞船加速飞往宇宙的更深处。

对此，中国科学院研究员李然博士解释说，安装核动力的飞船推力更强大持久，因为原子核裂变释放的能量的效率要高得多。二次大战前夕，德国化学及物理学家奥托·哈恩（Otto Hahn）发现了铀元素的裂变现象。他在用中子轰击铀元素后发现产物中生成了较为轻的钡元素，同时释放了大量的能量。

235U+1n = 138Ba+95Kr+3n

铀235在吸收中子发生裂变后，还会生成一些新的中子，而新的中子又会撞击更多铀原子，引发新的反应。这种链式反应导致能量的释放是爆发性的。爱因斯坦的质能公式E=mc^2 告诉我们，物质中蕴藏的能量等于质量乘于光速的平方，令人叹为观止。

如此巨大的核能如被恰当利用，将对航天业产生巨大的推动。

美国科学家乌拉姆（S.M.Ulam）曾提出大胆构想，利用原子弹的威力推进飞船前行。这个设想中，飞船实际上是被一系列原子弹“炸飞”的，飞船携带一批小型核弹，并在发射时逐一释放它们，为飞船提供足够的推力，以达到第一宇宙速度。当然，这种飞船的飞行是脉冲式的，每一次核爆炸都会提供一个瞬时的加速度。

到了20世纪50年代，泰勒（Ted Taylor）和戴森（Freeman Dyson）提出了著名的猎户座计划（Project Orion）。他们解决了核弹能量向推进力转化的问题。即核弹产生的能量转化为高速运动的等离子气体，这些粒子在扩散时会被导向飞船尾部的推进装置。等离子气体和推进装置碰撞的冲击波提供了飞船加速所需的推力。

这种飞船并不适合地球轨道的小型飞船的运送，因为小飞船因核爆炸的瞬间加速，巨大的加速度可能将人压成肉饼。因而飞船对于火星探索甚至更远的星际飞行正好合适，可以运送长途星际旅行所需的巨大装备和生命保障系统。核弹提供的推力非常强劲，无需选择霍曼转移轨道或者借助行星的引力弹弓效应。这个近乎疯狂的猎户座计划，因1963年美苏签定的禁止大气层核试验条约而终结了。

上世纪60年代，美国宇航局NASA研发了由核裂变反应堆作为能源的火箭发动机，设想可以控制核反应的速率以制造加速度可控的飞船，代号NERVA。核反应的热量用来加热作为工质的液态氢到2000摄氏度以上，并使其从飞船尾部高速喷出，飞船获得向前的推力。该计划由于预算太过庞大，在20世纪70年代*取消。

NERVA的设计本质上仍是传统火箭，只是利用了核能加热用于推进的工质。

理论上，我们还可以用可控核聚变作为飞船的推进能源，并用核聚变产生的废气（氢、氘和氦的混合气体）来推进。

相比重裂变，比较轻的原子核聚变有更高的能量释放效率。当两个氘原子聚变成一个氦原子时，两个氘原子静止质量的6/1000会转化为能量。如果这些能量都用于加速氦原子，并使其从飞船尾部喷出，那么这个氦原子的速度就可能达到1/10的光速。实际情况下，能量的转换会有些损失，但飞船加速到光速的1/10在理论上仍是可行的。

李然博士认为，目前人类掌握的核聚变技术还比较粗糙，主要的成功经验只在于制造氢弹。至于可控核聚变，虽然各大国都已投入重金想要研制出可用的可控核聚变电站，但迄今尚未成功。

所有的核动力飞船计划都还处于半科幻阶段。戴森预测，到22世纪末，人类或许可以将可控核聚变技术利用于太空飞船上。但这需要人类在材料科学上取得巨大进展，制造出足以承受氢弹爆炸、并能过滤高能粒子辐射保护航天员的飞船。

然而，人们对于核动力飞船的现实担忧是，它们携带的能量如此巨大，可能对地球造成实际的威胁。可以设想，当轨道上停泊着一艘或多艘“核弹飞船”，而每艘飞船上的核燃料都足以毁灭地球时，我们真的能够睡得安心吗？

热心网友 时间：2023-08-10 14:37

热心网友 时间：2023-08-10 14:38

热心网友 时间：2023-08-10 14:38