太空船使用直接聚变驱动器只需两年即可到达土卫六

聚变驱（fusión power）是距今三十年的技术，而且至少在怀疑者看来，这种技术将永远存在。 虽然很难转换成可靠的动力源，但为太阳提供动力的核反应在其它领域有广泛的用途。 最明显是用在核武器上，到目前为止，氢弹是我们生产的最强大的武器。 但是还有另外一种应用例子，它的破坏性要小得多，并且可能会变得更加有趣，这种就是用在推动太空船在太空飞行的驱动引擎。

普林斯顿等离子体物理实验室（Princeton Plasma Physics Laboratory）艾萨缪尔·科恩（Samuel Cohen）博士为首的科学家和工程师团队，正在开发一种称为直接聚变驱动（Direct Fusion Drive）概念聚变驱动引擎。 他们研究新一代，称为普林斯顿磁场反向配置二代（Princeton field reversed configuration 2）的驱动系统。 系统的开发人员希望将它送到到太空中进行测试，并且最终成为在太阳系中飞行宇宙飞船的主要驱动系统。 太阳系其它天体之中已经有一颗特别值得探索的天体土卫六（Titan），它在许多方面都与地球相似。 自从科学家首次开始收集它的数据以来，土卫六的液体循环和蕴藏生命的潜力吸引了科学家。 根据罗曼·凯泽拉什维利（Roman Kezerashvili）教授和纽约大学理工学院物理系的一组航空航天工程师所做的研究，如果我们能够正确利用直接聚变驱动引擎，则可以在不到两年的时间，抵达土卫六。

虽然仍在开发之中，但直接聚变驱动引擎本身利用航空电子融合的优点，最显著是有极高的功率重量比。 直接聚变驱动引擎的燃料质量可能略有不同，包含氘（deuterium）和氦三（helium-3）同位素。 即使使用相对少量极其强大的燃料，直接聚变驱动引擎的性能仍可胜过当今常用的化学或电力推进方法。 直接聚变驱动引擎系统的特定脉冲可以衡量引擎使用燃料的效率，可以与目前最有效的电动引擎媲美。 此外，直接聚变驱动引擎在低功率模式下可提供四 牛顿（Newton，是力的国际单位，简写 N）至五牛顿的推动力，仅略低于化学火箭在长时间内的输出功率。 从本质上讲，直接聚变驱动引擎拥有出色的电力推进系统特定脉冲，如果将与化学火箭的出色推力相结合，融合两种飞行系统的优点。

所有这些改进的规范都很好，但是为了有用，它们必须实际将太空船放到某个地方。 纽约城市技术学院（New York City College of Technology）硕士论文作者马可·加杰里（Marco Gajeri）选择了土卫六，主要是因为它相距较远，但由于其液体循环和丰富的有机分子和地球相似。 为了绘制出土卫六的最佳路线，意大利团队与直接聚变驱动引擎的普林斯顿等离子体物理实验室开发人员合作，获得进入测试引擎性能数据的权限。 然后他们获得了有关行星对准的其它数据，并开始从事某些轨道力学的研究。 这导致了两种不同的潜在路径，一种路径仅在行程的开始和结束时施加恒定的推力，另一种路径在整个旅程期间用固定的推动力。

两次旅行都涉及转换推力方向，以减慢宇宙飞船的飞行速度，以便进入土星系统。 提供恒定的推力将会使到飞行时间不到两年，而开始和结束时施加恒定推力曲线将使比卡西尼号（Cassini）大得多的太空船的总飞行时间为2.6年。 这两条路径都不需要重力辅助，前往外行星的太空船通常会从中受益。 卡西尼号是上一次访问土星系统的著名任务，它利用金星和地球之间的一系列重力辅助到达目的地，这一过程历时近七年。

马可·加杰里说：「需要注意一件重要的事，是这些短途旅程最有效的窗口在2046年左右。 虽然距现在还不到三十年，但确实为普林斯顿等离子体物理实验室团队带来了很多好处，有更多时间来改进当前设计。 」

【图、文：节译自今日宇宙网页】研究全文刊登在2020年9月26日出版的 arXiv 论文

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