NASA的高级概念研究所向一家美国初创公司提供了一笔赠款,用于开发新型核裂变碎片火箭发动机FFRE。FFRE本身并不是一个新概念,但在被认为有用之前,许多FFRE需要克服巨大的技术障碍,它们的优点,如高比冲和极高的功率密度,缺点则是比较复杂,如需要复杂的等离子悬浮形式。
该公司希望通过利用其他研究领域的两项独立突破来打破这种缺点。第一种新颖的方法是将裂变材料放入超轻气凝胶中,第二种是使用超导磁体来容纳这些裂变粒子。FFRE本质上利用了与地球上发电核电站相同的核过程。然而,它们不仅发电,还产生推力和非常大的推力。但是关键问题是将一整条铀燃料(比如地球上的裂变反应堆中使用的铀燃料)送入太空是不现实的。
将燃料本身嵌入已知最轻的人类物质中解决了这个问题。气凝胶是一种非常透气的材料,当有人拿着它时,它看起来很轻,正如配图所示。将用于裂变反应的燃料粒子嵌入其中将是一种方便的方式,可以将燃料保持在一起,同时仍然允许整个结构足够轻,可以被送入轨道。然而,气凝胶本身的结构并不能很好地容纳裂变碎片。要做到这一点,需要巨大的外力,这就是超导磁体的作用。
超导磁体通常用于核聚变托卡马克所用的材料,在那里,超导磁体用于容纳加热聚变燃料所需的等离子体,将等离子体禁锢到一定范围之内,否则等离子体失控将损坏托卡马克实验堆。鉴于最近对聚变研究的兴趣,高功率磁体也受到了额外的研究关注。在FFRE中添加一个可以使工程师将裂变碎片全部引导到同一方向,有效地将其转化为推力矢量。它还有一个额外的优点,即不允许碎片破坏发动机的任何其他部件,简而言之,拥有这个技术的核动力火箭将不会爆炸。
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