美国推出全球第一个核聚变引擎？7月将发射升空，究竟是真是假？

你绝对意想不到，美国一家公司已推出世界上第一个核聚变推进器，并将在今年7月和10月发射到太空进行演示测试。不过这种核聚变引擎并不是你想象中的巨大飞船发动机，而是用于推动卫星的、重量仅1公斤的微型推进器，这是不是就更令人蹊跷了，这么小，它是如何引发核聚变的呢？

这个引擎名叫火之星聚变驱动器（FireStar Fusion Drive），来自美国纽约的RocketStar公司，他们称这是全球第一台聚变增强型太空推进器，将彻底改变太空推进的方式，是人类迈向未来太空旅行的一大飞跃。

简单来说，RocketStar已有一款成熟的FireStar基础版推进器，是一种用水作为推进剂的脉冲等离子体推进器，已经应用于太空卫星的推进。现在他们突破性地在水中加入硼，让电离出来的质子与硼核高速碰撞，从而引发核聚变反应，显著提高了推进器的性能。

到这里你可能就有一个疑问了，点燃核聚变不是需要高温高压吗？这区区1公斤的微型卫星，怎么可能产生高温高压呢，这核聚变能发生吗？

实际硼聚变推进器并不是新概念，早在2011年，美国NASA兰利研究中心的物理学家、电子工程师约翰·查普曼就提出了这一概念，他认为氘氚核聚变会产生大量中子，冲击反应堆壁会释放放射性同位素，并损失大量能量。

而硼聚变被称为无中子聚变，产生的中子能不超过总能量的1%，从而可以减少中子辐射带来的难题，极大地降低生物防护、远程控制和安全等方面的要求，最关键的是，无中子硼聚变推进产生的推力是当时最好推进器的40多倍，非常适合太空推进。

查普曼设想的硼聚变反应堆是一个直径20厘米的两层结构，外层是5到10微米的导电金属线圈。点火时用一束频率75兆赫、波长1到10微米、能量2×10^18瓦特/平方厘米的脉冲激光照射线圈，线圈会产生电场，犹如天女散花般释放出高能电子，留下带正电的质子。

由于质子带正电，相互之间靠得很近，因而会互相推挤，产生巨大的推力，导致金属材料爆炸，高能质子冲向内层的硼。这种质子的能量约163千电子伏特，会导致硼核成为受激的碳核，然后马上衰变成一个氦4核和一个铍核，铍核紧接着衰变成两个α粒子（氦核），从而导致一对质子-硼聚变，产生3个2.9兆电子伏特的α粒子。

查普曼计算后表明，每束激光可以产生10万个粒子，推进器的效率可以达到最好离子推进器的40多倍，并且α粒子带正电，可以直接输出为电能，转化率高达60%到70%。查普曼认为需要10年的时间来解决问题，开发这种经济环保高效可行的太空引擎。

13年过去了，现在查普曼的新概念终于成为现实了吗？我感觉还不能这样说，因为RocketStar的方式和他的设想大不相同，并且是不是实现了核聚变我觉得还有疑问，可能还需要更多的研究来证实。

根据RocketStar的介绍，他们的FireStar是水燃料脉冲等离子体电力推进，是利用脉冲静电循环通过高压电极产生火花，将水蒸气转化为等离子体，然后分开电子和离子，通过电极加速离子，最终从喷口高速离开产生推力。

FireStar基础版M1.4推进器重980克，是一个边长9.5厘米的正方体，其中包括250克的纯液态水，正常功率6瓦，最大18瓦，可以产生17.2毫牛的推力，比冲达7300秒，总冲17800牛秒，这意味着它可以把自己加速到18.2公里/秒，超过第三宇宙速度，可以直接冲出太阳系了。

RocketStar对M1.4的性能介绍是，可以把4公斤的3U卫星加速4,620 m/s，8公斤6U卫星加速2,273 m/s，这里的U是Unit，单元的意思，也就是每10X10X10厘米为一个标准单位，重量不超过1.33公斤。这种推进器主要应用为卫星的推进、变轨或者脱离轨道等。

RocketStar的核聚变引擎叫M1.5，据称是在水蒸气中加入硼，让高速质子与硼核相撞发生核聚变，测试中发现产生了α粒子和伽马射线，被认为是核聚变的明显迹象，然后在佐治亚理工学院大功率电力推进实验室得到了证实和验证。

RocketStar的网站上称，这种聚变反应显著提高了推进器的性能，就像喷气发动机中的加力燃烧室一样，将硼转化为高能碳，然后迅速衰变成三个阿尔法粒子，与M1.4相比推力提高了 50%，是世界上第一个通过核聚变增强的电力推进装置。

是不是不明觉厉？到这里我们应该基本搞清楚这个核聚变引擎究竟是怎么回事了，但我觉得它可能只是疑似发生了核聚变，后面我会具体分析。并且这个核聚变即使发生了，也只是辅助性的，整个推进器还是离子推进器，可能生成了一些带正电的α粒子，随着电场加速一起喷出了。

实际在去年3月，日本核融合（核聚变）科学研究所就和美国核聚变初创企业TAE一起，在大型螺旋装置（LHD）中，将硼粉添加到用强大磁场封闭成环状的氢等离子体里，然后用激光从侧面照射，成功地让质子与硼发生碰撞，实现了核聚变反应。

所以质子与硼的融合并不需要高温高压，我们说的高温高压实际是指，发生自持的可控核聚变的条件，质子只要能接近到硼核核力的作用范围，就有可能发生融合。我在另一项研究中发现，要发生质子-硼核聚变反应，入射质子速度需要达到100keV-300keV，这和前面查普曼163千电子伏特的说法是吻合的。

但FireStar这里就出问题了，我算了一下离子推进器喷出的质子速度，7300秒的比冲，质子的速度大约是27eV，远远低于质子-硼聚变反应的条件，本来我就怀疑功率只有几瓦的推进器，不太可能把质子加速到触发核聚变的速度，现在看来确实大大地存疑，但人家确实写在网站上了，多个新闻源也发了，这些α粒子又是如何产生的呢？我就只能百思不得其解了。

目前RocketStar已将所谓的M1.5核聚变增强推进器，集成到了D-Orbit 的 OTV ION卫星上，将于今年7月和10月分别搭乘SpaceX拼车任务，发射到太空进行演示测试，或许未来我们可以找到答案吧。

但如果FireStar真的通过质子-硼聚变增加了50%的推力，这个现象还是值得好好研究的，如此低功率就能触发核聚变反应，谁知道未来会带来怎样令人惊喜的应用呢？

你觉得RocketStar公司这个所谓的世界第一个核聚变引擎靠谱吗？欢迎留言讨论，也可以在他们的网站上查看具体信息。