可控核聚变能用在火箭上吗?能否帮助我们人类登上火星?

可控核聚变是火星任务返回的关键

自人类在1961年登上月球,浩浩荡荡的阿波罗任务在1972年结束后,我们就把目光投向了太阳系中最有可能存在生命的行星火星,火星也是我们人类下一个最有可能登陆的地外行星,在太阳系中除地球之外的所有行星中,没有一个星球像火星那样一直吸引科学家的注意力。

随着多个着陆器、轨道器探索火星的地形和大气,从科幻迷到科学家,再到我们中的每一个人,都对这颗神秘的红色行星有了更多的了解。

但我们的终极梦想的不仅仅是想了解火星的地质历史,也不是把机器人探险家送到火星,而是把人类送到火星,可能的长期目标包括在火星上建立一个永久性的人类前哨站,把整个红色星球改造成适合人类居住的星球。

当然,不管我们想在火星上干什么,第一步都需要先将人送上去。这就需要我们开发一种核聚变引擎,将旅行时间从通常的250天缩短到30天,并且解决燃料问题,从地球到火星容易,但是有没有想过从火星怎样返回呢?火星的引力是地球的1/3,如果要让登陆仓返回,必须要一个携带大量的燃料,这是不现实的。

可控核聚变不仅对星际空间飞行,还是地球的能源需求都是一个了不起的福音。核聚变是能量的圣杯,是一种完全清洁的能源,重要的是在地球上我们有丰富的核聚变原料,核聚变也是一个在宇宙中普遍发生的过程。

目前人类的可控核聚变

核聚变是绝大多数恒星的动力来源,目前在地球上,我们已经成功地利用三种不同的方式控制了核聚变。

1、惯性约束聚变。

取一个充满氢元素的小球(聚变反应的燃料),然后使用激光压缩小球内的氢气。使氢原子核融合成更重的元素,如氦,并释放出大量的能量。不幸的是,我们还没有达到盈亏平衡点,因为操作激光仍然需要更多的能量,这比我们从任何聚变反应中得到的能量都要多。

2、磁约束聚变

顾名思义,就是利用磁场给带电等离子体提供垂直于磁场的洛伦磁力,来约束核聚变。核聚变反应在上图中这个托卡马克式的反应堆里发生。自从20世纪50年代开始,这个概念首次被用于融合元素,从那时起,磁约束和惯性约束就一直徘徊在盈亏平衡点。

3、磁化目标融合

在MTF中,依旧用磁场约束等离子体,但是在外围有活塞压缩内部燃料,在内部产生核聚变。这种巧妙的混合方法由米歇尔·拉贝(Michel Laberge)开发,已成功地将氢聚变成氦,但依旧尚未达到盈亏平衡点。

但是,核聚变驱动火箭的候选方案在细节上不同于以上的所以方法。

可控核聚变能用在火箭上吗?能否帮助我们人类登上火星?

在火箭上进行的核聚变中,磁约束等离子体周围有巨大的金属环,这些金属环被用来压缩等离子体,不仅会引发聚变反应,还会将高能粒子朝一个方向喷射出去,产生巨大的推力。虽然这是一个未经证实的概念,但绝对值得我们持续关注。

但是核聚变的可能性和目前的火星任务是两个独立的问题,应该完全分开处理。在核聚变问题上,要坚持不懈地投资、研究和发展核聚变;如果我们某一天能让核聚变走出实验室,那么我们将拥有取之不尽的清洁能源。

另一方面,如果人类愿意,我们完全可以在十年内登上火星。迈出第一步,这也是火星计划中最重要的一步。

无论我们是否投资发展核聚变,我们都应该把人类送上火星。无论我们是否把人类送上火星,我们都应该在核聚变上上持续的投资。当我们研发并控制核聚变时,我们的目标将不再是火星之旅,而是更加遥远的目标。这就是我对火星任务的看法,这就是我对核聚变的看法,这就是我对人类在这个宇宙中未来的看法和希望。