科學家研發核融合推進器,探測器僅需2年就可抵達土衛六!

2021-02-08 騰訊網

太空旅行的方式，除了傳統的化學燃料火箭外，科學家也在研究新的動力來源：核融合。普林斯頓大學電漿物理實驗室（PPPL）正在進行第二代的普林斯頓磁場反轉位形實驗（Princeton field reversed configuration-2，PFRC-2），開發概念型的直接核融合驅動設備（direct fusion drive，DFD）。研究人員的目標，是讓該設備成為太空載體的主要驅動系統。

使用DFD，探測器僅需2年即可抵達土衛六

DFD具有極高的功率重量比（power-to-weight ratio），勝過目前常用的化學或電力推進模式。比衝（specific impulse）是衡量推進系統的燃料使用效率指標，而DFD的比衝與目前效率最高的電力發動機相當。此外，DFD在低功率模式下的推動力僅略小於化學動力火箭的推動力。因此，DFD將電力系統的比衝與化學動力火箭的推力優點結合為一體。

研究團隊希望使用DFD，將探測器送到土衛六。土衛六又稱為泰坦（Titan），是土星最大的衛星，科學家認為土衛六上可能有生命，期望對此有更深入的研究。根據紐約市技術學院物理系的研究，如果使用DFD，人類有望在2年內，將探測器送到土衛六，遠低於傳統火箭的7年。

DFD不僅能提供推力，還能提供電力

根據天文學家的計算，2046年，星體的排列位置將提供前往土衛六最有效率的路徑，因此研究團隊有將近26年的時間研發、優化DFD。

但探測器抵達土星，就要面臨軌道轉移的挑戰。環繞土星的軌道相對容易，但將軌道轉移到土衛六的難度則困難很多，需要處理複雜的三體問題。但若探測器順利進入土衛六的軌道，DFD就能發揮另一項優點：提供電力。目前探測器大多使用放射性同位素熱電機（RTG）作為電源，但DFD不僅能提供推力，還能提供電力，延長探測器的任務執行壽命。

除了土衛六，科學家還希望DFD能協助發射探測器到天王星、海王星、冥王星等遙遠星體。目前僅有新視野號（New Horizons）探測器飛越冥王星，而它花了9年的時間才抵達；DFD有望能大幅縮減旅行時間，提升天文研究的性能，為人類解開宇宙的神秘面紗。

參考資料

《PhysOrg》、《The Science Times》、《Princeton Satellite Systems》

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