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未来太空探索的推进器MFPD

星际航行

2024-06-01

导读：“未来太空探索的推进器MFPD”

“未来太空探索的推进器MFPD”

太空探索任务日益增多

目前人类太多太空的任务包括了许多：前往最近恒星的任务、前往月球的任务、前往火星的任务、前往外太阳系的机器人探测器。毫无疑问，这些任务带来了各种各样的挑战，其中最重要的是推进力。

人类在传统化学推进方式上已经达到了极限，拥有能够提供高加速比冲和燃油效率的现代推进技术至关重要。

单次火星任务可能持续900天

地球和火星每26个月才接近一次，因此往返于地球和火星之间都要利用这个窗口。如果再考虑到地面作业时间，火星任务的总持续时间可能长达900天。宇航员不仅会在此期间受到更多的宇宙和太阳辐射，而且长时间微重力状态会对身体造成伤害。

因此，NASA和其他航天机构一直对新的推进方法进行广泛研究。

磁聚变等离子体驱动器MFPD

莱顿大学教授Florian Neukart在最近的一篇论文中提出一种革命性的推进概念，即磁聚变等离子体驱动器MFPD。该装置的目的是开发一种系统，该系统可提供比传统方法高得多的能量密度和燃油经济性，它通过结合多种推进方法的组件来实现这一目标。

结合聚变推进、离子推进等概念

Neukart的MFPD方案结合了聚变推进、离子推进和其他概念。该系统基于利用聚变反应产生的大量能量的原理，聚变反应通常涉及氢或氦的同位素。这允许产生高速粒子排出，进而根据牛顿第三定律产生推力。磁场用于容纳和管理聚变反应产生的等离子体，这确保能量的释放受到控制，并被引导到指定方向。。

推进系统同时产生电力

同时，MFPD的方案还考虑了将聚变产生的部分能量转化为电能的可能性，该电能可用于为星载系统甚至可能为宇宙飞船的反应控制系统提供动力。

方案验证从钚·氚聚变开始

为了探索这个想法，Neukart从钚·氚聚变过程（DT反应）开始，这是因为钚·氚聚变是被研究和理解最多的反应之一。此外，它们还提供了一个清晰且熟悉的平台来描述MFPD的基本概念和机制。与其他方法相比，DT 反应具有更大的横截面和相对较低的点火温度，这使其成为一个极好的起点。

MFPD系统优势

MFPD系统结合了高比冲和巨大的能量密度，它通过单一能源提供推力和电力。该系统的优势显而易见：

高比冲，从而使航天器更容易前往遥远的天体；

氢同位素等聚变燃料具有极高的能量密度，在不需要大量推进剂的情况下实现长时间飞行；

较低的燃料质量，从而允许携带更多的设备；

提供推力的同时，还能提供电力，为太阳系外等无法利用太阳能的任务提供可能性。

改善辐射屏蔽相关的问题

更高的连续推力能力大大减少前往目的地所需的时间。从而减少与宇宙辐射暴露和机载资源管理、辐射屏蔽相关的问题。

另外，尽管具有挑战性，但有可能通过利用等离子体和磁场来修改固有的磁性和物理结构，为宇宙飞船和船员提供一定程度的辐射屏蔽。

最大的挑战：在太空中实现稳定的聚变反应

尽管存在诸多优点，但MPFD也存在诸多挑战，其中的最大障碍是在太空中实现和维持稳定的聚变相互作用。

磁约束和惯性约束聚变都是地球研究人员取得重大进展的主题。目前有两种方案。第一种方法利用托卡马克反应堆，利用磁场以等离子体的形式限制聚变。第二种方法利用激光来压缩和加热DT燃料片。

但此类测试尚未在太空中进行，系统将如何处理反应产生的热量、由此产生的辐射以及航天器将面临的结构影响尚未可知。

尽管将MFPD概念付诸实践的过程无疑将充满挑战和技术障碍，但潜在的回报是巨大的。为了将人类带入探索、发现和理解宇宙的新时代，实现可靠、有效和高效的聚变推进，有可能重新定义人类探索的极限。

【声明】内容源于网络

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本公众号是国内第一家以载人航天和深空探测为主题的公众号，下设国际月球村、Artemis任务、美天军观察、太空评论、太空经济、深空探测、读书荐书感悟等十个专题栏目，希望能以此推动国内航天科普事业的发展和进步。

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