浩瀚星空,人類能飛多遠?
盡管人類探測器已經飛向太陽系外的空間,但目前載人飛行最遠也只是到月球,相比于茫茫星海、廣闊宇宙,這也就是剛剛起步??苹眯≌f《三體》中,人類強大的太空艦隊采用的是核聚變能源;電影《太空旅客》中,男女主人公所乘坐的也是采用核聚變能源的飛船……就目前而言,這種科幻與現實的差距究竟還有多遠?
星際旅行首先需要解決的就是能源和動力問題。目前大部分航天器都是使用太陽能。但如果駛向深空,到了太陽無法覆蓋的區域,又該如何解決能源問題呢?
其實,科幻作品中描述的并非沒有依據。一個核聚變推進系統理論上講可以產生100萬億焦耳的能量,相當于當今化學火箭能量的1000萬倍。
但就目前而言,可控核聚變離實際應用依然遙遠,而核裂變是目前已經能應用到宇宙探索的核動力技術。
根據具體應用形式的不同,空間核動力可以分為空間核熱源,主要指放射性同位素熱源;空間核電源,主要包括放射性同位素電源、空間核反應堆電源以及在未來建立在星球基地上的星表核反應堆電站;核推進,包括核熱推進(核熱火箭)與核電推進(核電火箭);以及兼具供電和推進功能的雙模式空間核動力系統四大類。
從上世紀60年代起,人類就在航天活動中使用空間核動力技術。目前,放射性同位素電源的應用已經非常廣泛,但其輸出的電功率最大僅能達到百瓦級,無法勝任未來深空探測任務的需要。所以必須考慮采用功率更大、性能更好的核動力源,而空間堆電源以及核熱推進就是最佳選擇。
空間堆電源是自主能源,不依賴太陽光照,不需要對日定向,可全天時、全天候連續工作,生存能力強,具有很強的抗空間碎片撞擊能力,而且壽命長,可以運行10年以上,因此是軍事航天和深空探測不可替代的空間電源。
核熱火箭比沖高、推力較大、所需工質(實現熱能和機械能相互轉化的媒介物質)少,因此可以適用于大質量、高速度增量的空間任務,比如載人登陸火星任務。而核電火箭比沖高,推進相對較小,因此是無人深空探測宇宙飛船的最佳選擇。
有了空間堆電源以及核熱推進,人類就可以開展很多深空探索任務了。比如可以進行無人或載人的火星及其衛星探測,火星之外行星、小行星甚至彗星的無人探測等。還可以在月球表面建立永久的前哨站和基地;又可以開發具有先進推進系統的貨運飛船,比如俄羅斯正在研制的兆瓦級核動力飛船。
空間核動力的發展將大大加快人類向太空行進的步伐。未來幾十年,逐步改進的空間堆電源和核熱推進系統將使深空探測和星際探索成為可能。隨著技術的進一步發展,高性能、輕量化的空間核動力系統結合高功率的推進器,一定會顯著地擴展太空探測的范圍,人類探索的腳步也將會深入太陽系各個角落,甚至能乘坐核聚變飛船走出太陽系,飛向更加遙遠璀璨的星空。