​飞出太阳系的唯一希望——无工质发动机

飞出太阳系的唯一希望——无工质发动机

星驰科普 第10期：飞出太阳系的唯一希望——无工质发动机

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先上一个西工大微波推进的实验视频，推荐阅读全文后再看视频。

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飞出太阳系，是一个几代航天人都想实现的梦想，但碍于技术的原因，我们的无人飞船花了30多年才将将飞出太阳系。很大原因是在于我们使用的工质飞船能提供的推动力实在是太小了，当摆脱地球引力后，所留给太空活动的加速能量就微乎其微了，人们不得已才利用行星的引力进行加速。

所以，发展一种无工质飞船可谓是当务之急。

目前的无工质飞船概念主要分为三种：已经实现的光帆推进、核推进、微波推进。对于光帆推进，大家应该是十分熟悉了，本文将主要介绍下核推进和微波推进。

核推进顾名思义是利用核能作为动力进行推进，这里讲的主要是核聚变。那么我们干脆叫它聚变推进好了。

其实聚变推进我们也可以分成两种，磁约束和惯性约束。其实目前来说他们的思路是一样的：利用高温等离子体，说实在，这也是一种工质。但鉴于其作为一种低质量燃料推进，可以算作无工质。

磁约束聚变装置，也就是我们平时说的托克马克装置，利用强磁场将高温等离子体束缚在一定的范围内高速运动。上过高中的人应该都能理解这个装置，为了防止大家遗忘我还是再多说两句。带电粒子在磁场中有速度运动会受到洛仑兹力的影响，F洛=QvB，Q为电荷量、v为速度、B为场强。

图：托克马克装置

这个力是带有方向的，测定方式为将左手摊平，让磁感线穿过手掌，四指指向正电荷运动方向，大拇指与四指呈90度，此时大拇指的方向就是洛仑兹力的影响。我们不难发现，这个力一直垂直于运动方向，所以，最终粒子的运动轨迹会成为一个圆。这就让束缚高温等离子体成为了可能。

只要等离子体被束缚，其中的热能就不会被传递出，从而使聚变反应持续。

而利用托克马克装置进行聚变推进，就相当于在宇宙飞船后按了个小太阳，持续喷出等离子体。

而惯性约束大家应该比较好理解，每秒抛出200个反应材料小球，利用激光等脉冲使其发生核反应，释放出高温等离子体，释放的过程可以理解成与托克马克一样。

在地面上惯性约束不被看好，因为有大气的扰动，所以磁约束聚变应该是最好的一种发电方式，然而在真空中，无大气约束，且托克马克装置由于需要强大的磁场，所以必须配备巨大的永磁磁铁，这就给空间运载造成了极大的困难。所以空间中，惯性约束为首选。

说完了核推进，接下来再说一下微波推进，这个比较烧脑，我尽量用简介的话语描述清楚，注意是描述，因为目前科学家也没搞懂究竟是为何。

这个就是现在科学家所试验的微波推进装置。

下段文字看不懂可以直接跳再下段。

该系统由集成在一起的圆台微波谐振腔、 微波源和负载组成, 其中微波源产生的微波辐射能被输入到圆台微波谐振腔内并形成纯驻波与电磁压强梯度, 从而沿圆台微波谐振腔轴线方向形成净推力。

简单的讲就是让发动机前后因微波辐射产生的力形成差值。

无工质推进是必然的选择，只有这样在可预见的未来我们才能飞向遥远的深空。

感谢阅读。

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