新型燃料可承受核熱推進反應器的工作條件
通用原子公司電磁系統公司(GA-EMS) 已成功測試了一種核燃料,這種燃料有朝一日可能為未來的太空船提供動力。試驗證實,這種燃料可以在核子火箭反應器的惡劣環境中生存。
到目前為止,推進太空船的主要方式是透過化學火箭。化學引擎幾十年前將第一顆衛星送入太空,將第一位太空人送上月球,並將第一批深空探測器送出我們的太陽系。
然而,化學火箭已經達到了其能力的理論極限。事實上,當1942 年第一枚德國V-2 火箭進入太空時,它們已經達到了極限。從那時起,所有的進步都是透過火箭引擎本身的外圍創新使火箭變得更大、更有效率。
化學火箭有替代品,如離子驅動器和太陽帆,但它們產生的推力很小,應用有限。對於真正雄心勃勃的項目,太空工程師想要的是比最好的化學火箭功率高出至少三分之一的引擎。如果能製造出這樣的發動機,它將允許在低地球軌道和月球之間快速穿梭,能夠在短時間內快速改變軌道,並在合理的時間內將大型載人太空梭送往火星和其他行星。
最好的,事實上也是唯一的候選方案是核熱推進(NTP) 系統或核子火箭。這種火箭於1945 年首次構思,它是一種用核反應器取代燃燒化學燃料的火箭,核反應器用於加熱推進劑。這種推進劑很可能是氫氣,但可以使用任何東西,包括水。這是因為推進劑不提供任何動力。根據牛頓第一定律,它只是被排出以產生推力的反應物質。
基本原理很簡單,但工程設計總是細節決定成敗。其中一個細節是,這種反應器必須在極高的溫度和強烈的振動下運作並存活下來。我們說的是2326 °C (4220 °F),而且還要加上高反應性的過熱氫氣。
任何傳統的核燃料都難以承受這種溫度,但火箭工程師需要的是一種不僅能經得起考驗,而且在過程中不會開裂或碎裂的燃料。
據GA-EMS 總裁Scott Forney 稱,最近在阿拉巴馬州紅石兵工廠的NASA 馬歇爾太空飛行中心進行的測試證明,最新的燃料可以在運行溫度下不會被腐蝕或降解。燃料承受著反應爐的全熱和氫氣,並在那裡停留了20 分鐘——這大約是核子發動機在助推機動過程中必須承受的。其他測試研究了燃料如何處理未指定的保護功能變化。
“據我們所知,我們是第一家使用NASA MSFC 的緊湊型燃料元件環境測試(CFEET) 設施的公司,成功測試並展示了燃料在氫氣代表溫度和升溫速率下熱循環後的生存能力,” GA-EMS 核子技術與材料副總裁Christina Back 博士說。 「我們也在GA-EMS 實驗室的非氫環境中進行了測試,證實燃料在高達3,000 °K(4,940 °F,2,726 °C)的溫度下表現異常出色,這將使NTP 系統的效率比傳統化學火箭引擎高出兩到三倍。
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