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  科学家设想在未来前往火星的旅途中,将使用到一种高科技宇宙飞船,采用一系列的“核曲棍球”式推进,通过磁脉冲将原子核相互撞击并在一个类似曲棍球式的特殊结构中进行。目前,来自阿拉巴马大学的物理学家小组位于汉茨维尔的工程机械和航空航天部很快就要将交付一个新型高科技系统,并称其为Z箍缩(Z- pinch),从整体结构上看显得“轻巧”,可以认为其工作原理如同一颗恒星的“心脏”。

科学家设计的“曲棍球”式磁脉冲发动机飞船

  根据阿拉巴马大学汉茨维尔分校工程系副教授贾森·卡西布里(Jason Cassibry)博士介绍:“我们目前正在努力开发一种小型、轻便的脉冲核聚变系统,未来将其应用于深空探测等任务。如果将这套装置放在一艘飞往火星的宇宙飞船上,那么只需要六至八周就可以抵达火星,而不是六到八个月。”卡西布里和他的研究团队计划打造一个酷似曲棍球外形的反应装置,并通过融合锂和氢原子核最后将它们一点点提纯后的质量转化为能量。

  其中设置有一个尺寸仅为两英寸宽、一英寸厚的小型装置,整体尺寸小于三寸冰球的大小,该装置由锂氘 (LH 2)、最轻金属元素制造而成。核聚变反应是太阳核心位置的反应进程,由四个氘核结合并形成一个氦核并释放出能量的过程。阿拉巴马大学汉茨维尔分校工程系的实验将开启这种循环,控制原子核对撞需要极高的精确度。

  为了统筹该实验的相关会议,来自阿拉巴马大学汉茨维尔分校工程系、波音公司、美国国家航空航天局马歇尔空间飞行中心的科学家们以及不断增多的其他参与人员将开启“十年模块二号”机功率发生器,即DM2,而L3通讯脉冲电源的设计将使用美国国防部在上个世纪九十年代在塔拉霍马进行的武器效果测试项目。而“十年模块二号”机功率发生器将在今年夏天被迁往红石军火场(Redstone Arsenal),这里是美国国家航空航天局生成火箭和卫星的基地。如同摄影师的闪光灯,“十年模块二号”机功率发生器包含了电容式装置可存储电荷并进行释放,形成等离子体。

  当通过电流时就会产生一个被压缩的等离子体磁场,这就是Z箍缩效应。根据阿拉巴马大学汉茨维尔分校工程系副教授贾森·卡西布里介绍:其产生的能量相当于全世界能量输出总量的百分之二十,不仅能量巨大而且体积很小,并不超过你的手指头大小。但是如此强大的能量只能持续极为短暂的时间,仅仅为千亿分之一秒。根据参与研究的科学家们介绍,我们首先要对这项概念性的研究设计进行测试,运行我们的模型并进行实际测量,该装置还存在不稳定性,比如被电离的粒子会带走大量的热量,同时也将测试磁脉冲推进模型背后的理论是否是有效的。

  一旦我们对其运行机制有了很好地理解,就能将其应用在宇宙飞船的推进器上。物理学家们希望有朝一日能使用“太阳能量”,通过核聚变产生能量,阿拉巴马大学汉茨维尔分校工程系涉及的能量工程为主流的受控核聚变,其具有独到的设计和应用程序,与美国能源部下属的未来能源计划工程中设计的核聚变装置还存在不同的地方。阿拉巴马大学汉茨维尔分校工程系副教授贾森·卡西布里认为该装置将改变化学火箭时代,我们正在进行研发非常轻便的动力系统。

  如果这项研究取得持续性的进展,将衍生出一个新型装置,其工作原理为使用电磁场形成一个喷嘴将反应物喷出,同时还将捕获额外发散的能量进行循环利用,重新进入充电系统中。这就是Z 箍缩技术中下一个将要解决的领域。其核心部位是脉冲引擎,就如同其他火箭发动机一样,外形上看如同一个茶壶,工作原理还是将冷物质转变为能量和高温气体并推动飞船前进。

  在核脉冲发动机的工作进程中,产生的推力与航天飞机主引擎的功率相比明显微不足道,对于动辄数百吨的行星际宇宙飞船而言,似乎感觉不到推力的存在。但是科学家认为这样的宇宙飞船会在地球轨道上进行快速数周的加速过程,然后朝目标行星前进。

  文/腾讯科技