太空旅行的方式,除了传统的化学燃料火箭外,科学家也在研究新的动力来源:核融合。普林斯顿大学电浆物理实验室(PPPL)正在进行第二代的普林斯顿磁场反转位形实验(Princeton field reversed configuration-2,PFRC-2),开发概念型的直接核融合驱动设备(direct fusion drive,DFD)。研究人员的目标,是让该设备成为太空载体的主要驱动系统。
使用DFD,探测器仅需2年即可抵达土卫六
DFD具有极高的功率重量比(power-to-weight ratio),胜过目前常用的化学或电力推进模式。比冲(specific impulse)是衡量推进系统的燃料使用效率指标,而DFD的比冲与目前效率最高的电力发动机相当。此外,DFD在低功率模式下的推动力仅略小于化学动力火箭的推动力。因此,DFD将电力系统的比冲与化学动力火箭的推力优点结合为一体。
研究团队希望使用DFD,将探测器送到土卫六。土卫六又称为泰坦(Titan),是土星最大的卫星,科学家认为土卫六上可能有生命,期望对此有更深入的研究。根据纽约市技术学院物理系的研究,如果使用DFD,人类有望在2年内,将探测器送到土卫六,远低于传统火箭的7年。
DFD不仅能提供推力,还能提供电力
根据天文学家的计算,2046年,星体的排列位置将提供前往土卫六最有效率的路径,因此研究团队有将近26年的时间研发、优化DFD。
但探测器抵达土星,就要面临轨道转移的挑战。环绕土星的轨道相对容易,但将轨道转移到土卫六的难度则困难很多,需要处理复杂的三体问题。但若探测器顺利进入土卫六的轨道,DFD就能发挥另一项优点:提供电力。目前探测器大多使用放射性同位素热电机(RTG)作为电源,但DFD不仅能提供推力,还能提供电力,延长探测器的任务执行寿命。
除了土卫六,科学家还希望DFD能协助发射探测器到天王星、海王星、冥王星等遥远星体。目前仅有新视野号(New Horizons)探测器飞越冥王星,而它花了9年的时间才抵达;DFD有望能大幅缩减旅行时间,提升天文研究的性能,为人类解开宇宙的神秘面纱。
参考资料
《PhysOrg》、《The Science Times》、《Princeton Satellite Systems》