河柴柴油机-英国航空航天公司研发一种核聚变火箭，推动火箭前进可变推力火箭发动机

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近日，一则新闻引起了人们的讨论，那就是英国宇航公司正在研发核聚变火箭，并宣布将于2027年进行轨道测试。

也许你对核聚变火箭没有任何具体的概念。 这么说吧，以人类飞船最快的速度到达火星至少需要9个月的时间。 核聚变火箭只需要30天，速度就达到了恐怖的每小时80万公里。 这直接将人类的最快速度提高了9倍，堪称一次动力革命。

那么什么是聚变火箭呢？

在开始讨论之前，我们先简单回顾一下火箭的发展历程。 火箭发动机首先使用液体燃料，后来发展了固体燃料。 日前，我国在甲烷火箭方面取得突破。

我们对核电并不陌生。 从核潜艇到核动力破冰船，我国未来肯定会拥有核动力航母。 但有一点值得注意！ 核动力潜艇和核动力航母都配备了核裂变技术。 这家公司想做的是核聚变技术。

苏联核动力航空母舰

核聚变火箭，也称为核聚变动力火箭，是指利用核聚变产生动力来推动火箭前进。

我们都知道核聚变是两个较轻的原子核融合成一个较重的原子核并释放能量的过程。 目前船舶自动化设备维修，自然界最简单的聚变反应是氢同位素氘和氚的聚变。

为了实现核聚变能量的安全、稳定、持续释放，必须对其进行控制，即可控核聚变。 目前，人类已知的可控核聚变方式主要有三种：磁约束、引力约束和惯性约束。

人类已经掌握并正在试验的是磁约束法，利用托卡马克装置将核聚变燃料限制在磁场中来驱动聚变反应。

托卡马克装置内部

第一个托卡马克装置于1954年在苏联库尔恰托夫原子能研究所建成。 当时氢弹爆炸成功，科学家对可控核聚变持乐观态度。

然而，根据实验条件，科学家很快发现，约束等离子体的磁场虽然不怕高温，但却很不稳定，而且等离子体在加热过程中也会损失能量。 这意味着为核聚变提供的能量与为核聚变提供的能量不同。 核聚变产生的能量成反比。 苏联人研究了几十年，但还没有获得实际的能源产出。

苏联建造的托卡马克装置

在苏联研究核聚变的同时，美国和日本也加入进来，但结果相似。 苏联解体后，随着可持续技术和材料科学的进步，国际社会认识到实现可控核聚变不可能仅靠一国之力完成。

为此，1998年，美国、中国、俄罗斯、欧洲等国共同制定并建立了国际热核实验反应堆（ITER）计划，即俗称的“人造太阳”。 该计划是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。 即使世界各国共同努力，建设也需要10年时间可变比冲磁等离子体火箭发动机，1998年市场价值将损失超过120亿美元。

ITER项目启动仪式

ITER装置的意义何在？ 毫不夸张地说，它是解决人类能源问题的根本。

我们知道，目前核聚变的材料主要是氘，而海水中氘含量极其丰富。 据计算可变比冲磁等离子体火箭发动机，如果将海水中的氘全部用作核聚变的原料，产生的能量可供人类使用数百亿年而不会造成污染。

也就是说，如果ITER装置试验成功，实现可控核聚变，那么人类将彻底解决能源问题，环境污染、资源竞争、高成本等问题将不再存在。 全人类的生活水平将得到极大的提高，其意义比两次工业革命要大得多。 是真正的“人造太阳”，资源取之不尽、用之不竭。

ITER装置大楼外观

但可控核聚变并不简单。 ITER装置已建设多年。 直到2022年2月9日船舶电子与信息设备保养，才宣布产生了59兆焦耳的稳定等离子体能量输出。

我国也在1991年启动了超导托卡马克发展计划（ASIPP），研制建造了全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），并于2023年4月12日21时成功实现稳定运行。模式等离子跑了403秒，创造了新的世界纪录。

我国建成的全超导托卡马克聚变实验装置（EAST）

那么，英国宇航公司声称正在研发核聚变火箭并将在2027年进行轨道测试是真的吗？

从目前可控核聚变的发展技术来看，英国公司的说法并不属实，至少不具备实际意义。

原因是人类还没有真正掌握可控核聚变。 比如ITER装置和我国的EAST装置最多只能实现几百秒的磁约束，实验性很强，没有实际意义。

建设中的ITER装置

各国花费数十亿甚至数百亿美元建造这些“人造太阳”装置，投入巨大的人力、物力、财力。 不仅建设周期长，而且工程也极其复杂。 启动所需的能量损失比核聚变产生的能量损失要大得多。 “人造太阳”仅仅验证了核聚变的可控性，还处于探索的初级阶段，离实际应用还很远。

限制“人造太阳”的最大瓶颈是庞大的实验装置。 仅ITER装置主机直径就达30米，高度超过30米，重量约2.3万吨。 这根本不实用。

ITER主机设备示意图

我们知道，即使是尼米兹级核动力超级航母，排水量也只有10万吨，无法搭载2.3万吨的ITER主机装置。 将ITER装置应用到火箭上更是天方夜谭。 目前起飞重量最大的火箭土星五号，总重量只有3000吨，直径也只有9米。 与高30米、重2.3万吨的ITER装置相比，简直是“大象背上的蚂蚁”，不堪重负。

ITER项目规模极其庞大

也就是说，可控核聚变的实用效果和装置小型化还存在短期难以克服的困难。 在可预见的未来，人类火箭动力仍将以化学燃料火箭为主。

受控核聚变的梦想需要多长时间才能成为现实？

目前最乐观的估计是，人类至少需要40年的时间才能实现稳定可靠的可控核聚变实验。 而这还只是实验性的成功，离实际应用还很远。

ITER计划重大工程安装启动仪式

可控核聚变装置的最大问题是小型化。 从目前来看，船舶最有可能配备可控核聚变反应装置，而第一个应用领域就是地面电站的功率选择。 至于航天领域的核聚变火箭，目前来看还很遥远。

“人造太阳”装置距离实用化还很远

结论

不可否认，英国宇航公司一直在进行核聚变研究，并取得了一定的成果，但其言论更多是为了获得关注，赢得英国政府和各界的资金支持。

英国公司传承研发的核聚变火箭模型

毕竟可控核聚变目前看来还只是实验性的，而且成本高昂却根本没有经济回报。 英国公司的说法虽然有些夸张，但有利于人类的发展和进步，也吸引了更多人对可控核聚变的关注和支持。 这种科研和坚持的精神值得肯定。

您如何看待核聚变火箭？

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