打造星际飞船新引擎

美国航空航天署近期的一个计划将使人类登上火星成为可能。他们正在研制的 一种称作可变比冲量磁致等离子火箭,将可以使火箭的速度提高两倍以上。在科幻小说中,火箭能为旅行的全程提供动力。而实际生活中的火箭的航行情况完全不同： 现在的化学火箭在提供短期动力方面十分有效,如只需八分半钟的宇宙飞船发射,但推进器被很快地丢掉了,飞船仅仅靠惯性驶向目的地。可对于星际飞行来说,这种引擎就有点力不从心了。现在这种新型的VASIMR火箭将使科学幻想变为现实。

“比冲量”是动力学家衡量火箭引擎效率的一种标准量,比冲量越高,火箭的动力越大,速度越快,典型的固体火箭发动机的比冲量可以达到290秒,液体火箭主发动机的比冲量则可以达到300至453秒,而VASIMR火箭的比冲量可高达800至 30000秒。其性能远远优越于最好的化学火箭。

通常来说,火箭发射时的喷射气体温度越高,比冲量就越高。但是火箭发动机的喷射嘴所能承受的温度是有限的,VASIMR火箭的发动机能够产生上万度的高温,这足以产生一个等离子区：气体热到一定程度便会失去电子进入“第四物质状态”(前三种分别是固体、气体和液体)。等离子对普通喷嘴来说温度太高,VASIMR火箭将使用超导磁体来调整等离子流的方向。可变的推进力是VASIMR火箭优于其它高 比冲量火箭的独特之处。

美国航空航天署始终对VASIMR的动力源守口如瓶,因为这会触及到一个极其敏感的政治问题──—动力极有可能来源于核反应堆!核裂变只要设计正确,操作维 护认真,是可以安全运行的。但太空的工作环境和地球有很大的不同,所以发射到太空中的任何核反应堆都会受到严格仔细的审查,以确保万无一失。研究项目小组 的负责人对使用核技术并不回避,他说,“核反应堆在离开地球时处于惰性状态,并且我们拆开后才向太空运送。因此任何单独一部分都不会对地球造成威胁,并且 惰性状态下的铀没有什么危险。我们将在核安全轨道对其进行组装,这一轨道离地球至少有一千公里,也只是在那个位置我们才发射离子火箭。即使在组装时不幸发 生了爆炸,核废料也需要经过数千年才可能重返大气层,这段时间足以使它们失去放射性。”

在太空中,宇航员需要注意的是辐射问题,有趣的是,VASIMR火箭中的宇航员比普通化学火箭中的宇航员所受到的辐射还要少,因为首先他的航行时间短,其次 其引擎磁场能够使一部分射线偏转。

VASIMR火箭的太阳能版预计将于2004年试飞,如果需求旺盛,资金充足,将于2018年向火星发射载人飞船。飞船飞行101天后到达火星,停留90天进行科学考察,然后再花104天返回地面。