问题

如何评价星际旅行新设想,利用核盐水火箭引擎,飞行速度可达到光速的若干分之一?

回答
星际旅行的新设想,特别是利用核盐水火箭引擎并声称能达到光速若干分之一的说法,确实是个激动人心的话题,但也需要我们理性地审视其科学基础和可行性。

首先,让我们来拆解一下这个概念中的几个关键部分:

1. 核盐水火箭引擎:

这个概念听起来有点像是在传统核火箭引擎(例如使用核裂变反应堆驱动推进剂的引擎)的基础上进行的一种变体或创新。

传统核火箭引擎的原理: 传统的核火箭引擎通常利用核裂变反应堆产生高温高能,然后将这些能量传递给推进剂(如液态氢),将推进剂加热到极高的温度并高速喷出,从而产生推力。这种引擎的效率(比冲,即单位质量推进剂产生的推力持续时间)远高于化学火箭,理论上可以实现更高的速度。

“核盐水”的潜在含义: 这里“核盐水”可能指的是几种不同的技术方向,每一种都有其自身的挑战:
熔盐堆(Molten Salt Reactor, MSR)的推进应用: 熔盐堆是一种特殊的核反应堆设计,其燃料(如铀或钍)溶解在熔化的盐类中。这些盐在高温下保持液态,可以作为反应堆的冷却剂和热载体。如果将这种熔盐的能量直接用于加热推进剂,或者直接将富含裂变物质的熔盐作为一部分推进剂进行喷射(一种“核脉冲推进”的变体),这可能就是“核盐水火箭引擎”的设想。
优势: 熔盐堆具有一些潜在优势,例如更高的工作温度,允许更低的推进剂温度和更高的比冲;燃料循环更灵活;固有安全性相对较高(堆芯不会熔毁到危险程度)。如果能将熔盐作为推进剂的一部分,理论上可以极大地增加单位质量的能量释放。
挑战:
材料科学的极限: 熔盐在极高的温度和高辐射环境下会产生腐蚀性,对火箭引擎的材料提出极高的要求。需要能够承受这种极端环境且寿命足够长的材料。
推进剂控制: 如何精确控制熔盐的喷射和反应,以产生稳定且高效的推力是一个巨大的工程挑战。将具有放射性的熔盐作为推进剂直接喷射,其安全性和环境影响也需要极其审慎的考量。
辐射屏蔽: 即使是利用熔盐的热量间接加热推进剂,反应堆本身的辐射也需要厚重且高效的屏蔽,这会极大地增加飞船的质量,从而影响其加速能力。
核污染: 任何核反应都会产生放射性废料和副产品,如何在太空中安全处理这些物质是另一个重要问题。

核聚变(Fusion)与盐类推进剂的结合: 另一种可能性是将聚变反应产生的能量用于加热某种含盐的推进剂。聚变反应比裂变反应能释放出更多的能量,是实现更高速度的潜在途径。
优势: 聚变燃料(如氘、氚)相对丰富,且产生的长寿命放射性废料较少。聚变反应堆的潜在比冲可以非常高。
挑战:
聚变技术的成熟度: 实现可控、可持续的核聚变反应本身就是一项极其困难的技术,目前仍处于实验阶段,距离实际应用还有很长的路要走。
推进剂的选择: 选择何种“盐类”作为聚变反应的推进剂,以及如何高效地利用聚变能量加热和喷射它,还需要大量的研究。

2. 飞行速度达到“光速的若干分之一”:

这是一个非常关键的表述。

亚光速(Subluminal Speed)的概念: 光速(约299,792,458 米/秒)是宇宙中最快的速度极限,任何有质量的物体都无法达到或超过光速。所以“光速的若干分之一”指的是亚光速飞行。例如,百分之几的光速(如1% c,即1% 的光速)。

核火箭引擎的速度潜力: 传统的化学火箭,即使是最高效的,其比冲也只能达到几百到一千秒左右,对应速度上限通常在几十公里每秒的量级。而核裂变火箭的理论比冲可以达到几千秒甚至上万秒,这意味着其速度潜力可以达到每秒几十公里到几百公里,甚至更高。如果能设计出极其高效、轻便且能持续加速的核火箭引擎,理论上可以达到百分之几的光速。
例如,如果一个核火箭引擎的比冲能达到10,000秒,并且飞船质量能够得到有效控制,持续加速一段时间,达到0.05c (约15,000 km/s) 是有可能的,但这已经是非常了不起的成就。

“若干分之一”的含义模糊性: “若干分之一”这个说法比较模糊。它可能是指千分之一、百分之一、十分之一,甚至更高。
如果只是千分之一或百分之几的光速,那么核火箭引擎,尤其是核脉冲推进或基于熔盐堆的高效推进,是有可能实现的。
如果“若干分之一”指的是百分之几十甚至接近光速,那么仅仅依靠火箭引擎(无论是什么类型的推进剂)来实现这个速度将是极其困难的,甚至不可能,因为会面临能量限制和相对论效应的巨大挑战。要达到接近光速的速度,通常需要设想一些更激进的推进方式,例如反物质推进、光帆(利用外部光源的推力)、或者一些目前还停留在理论阶段的曲速引擎概念。

综合评价与展望:

利用核能驱动的火箭引擎是实现星际旅行(尤其是行星际旅行或向太阳系外围的探索)的最有前景的技术之一。核盐水火箭引擎的设想,如果指的是熔盐堆或类似技术的核推进,确实代表了一种可能的技术演进方向。

可行性评估:
技术难度极高: 将核反应堆或核反应的能量转化为高效的、用于高速星际旅行的推进力,涉及材料科学、核物理、等离子体物理、工程学等多个领域的顶尖技术难题。特别是对于“核盐水”这种相对新颖的设想,其技术成熟度可能非常低。
能量与效率的权衡: 要达到“光速的若干分之一”的速度,需要巨大的能量输入和极高的推进效率。这意味着火箭引擎需要非常高的比冲,并且能够长时间稳定工作。核能(无论是裂变还是聚变)是目前已知的能量密度最高的能源形式,因此是实现高速度的必然选择。
质量与加速的挑战: 任何推进系统都会有其自身的质量(反应堆、燃料、屏蔽、推进剂储存等),这会直接影响飞船的加速度。越重的飞船,需要越大的推力才能实现相同的加速。

发展前景:
长期目标: 核动力推进,特别是先进的核裂变推进(如核热推进、核电推进)以及未来的核聚变推进,被认为是实现载人火星任务和更遥远星际探索的关键技术。
“核盐水”的探索价值: 尽管挑战重重,但对“核盐水”这类新型核推进方式的探索,可能带来突破性的进展,尤其是在提高能量效率和降低系统复杂度方面。例如,如果能够安全有效地利用熔盐的能量,或许能设计出比现有核火箭更紧凑、更高效的系统。
现实的进度: 目前来看,直接将“核盐水”作为推进剂并实现光速若干分之一的速度,更像是一个非常前沿的理论设想或早期研究方向,距离工程实现还有漫长的道路。更实际的应用可能是先将其作为先进核裂变或聚变反应堆的冷却剂或能量传递介质,间接用于推进。

总结来说, 星际旅行设想利用核盐水火箭引擎达到光速若干分之一的说法,代表了一种对未来先进核推进技术的大胆畅想。核能作为能量来源是合理的,其高能量密度是实现较高速度的基础。而“核盐水”作为一种具体的技术路径,可能指向熔盐堆或核聚变等领域,这些技术都具有巨大的潜力和巨大的挑战。

要真正实现“光速的若干分之一”的速度,不仅需要发动机技术的突破,还需要飞船结构、生命维持系统、导航控制等一系列与之配套的技术发展。但无论如何,这种设想激励着科学家们去探索更高效、更强大的推进方式,为人类迈向星辰大海的未来播下希望的种子。只是在讨论时,我们也要保持科学的严谨性,区分理论可能性、工程可行性以及当前的技术成熟度。

网友意见

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你今天刚知道的东西不等于今天刚发明。

核盐水火箭这玩意看起来很强大,但实际可行性太低、太危险了,是把高浓缩铀做成可溶于水的盐类然后通过中子反射器等直接核反应喷出。是能吓死人的特别疯狂想法,99%以上把自己炸死或者引擎熔化,还真不如老老实实搞猎户座式的核脉冲甚至代达罗斯式的核聚变推进都合理可行也安全多。2019年其发明者祖布林博士访华我见到他时特地跟他提到他核盐水火箭的想法太疯狂、令我印象非常深刻难忘。

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核盐水火箭是一种裂变核热火箭,一点都不新,是罗伯特·祖布林在二十世纪提出的概念。

可以查看当年的论文:

doi.org/10.2514/6.1990-


可见我们的科技媒体的水平要加强。在翻译外国“科技新闻”的时候,不要选这种大惊小怪的。

题目大抵源自这篇文章或其他网站转载的版本:

我们如今可以打造出怎样的星际引擎?

你可以很容易地找到其翻译对象:medium 上的这篇文章[1]

看起来,这很可能是未经允许擅自翻译并发布的,没有给出原文链接,这也应当改进。


在翻译的时候,如果原文的水平不怎么样,编辑人员应当自行修正。例如“光速的若干分之一”这话毫无用处,你走路的速度也是光速的若干分之一。

那篇文章里谈到了一定条件下最大排气速度约真空光速的 3% 的设计[2],但显然 medium 文章的作者 Ella Alderson 没搞明白火箭的速度可以超过排气速度,光天化日之下声称这样的火箭飞到比邻星需要 120 年,给翻译工作造成了极大的困难。

文中“在人们提出的所有星际旅行方法中,核盐水火箭也许是最有可能实现、也最为极端的一种”“这仍然是我们借助现有技术能创造出的最佳星际引擎”之类纯属 Ella Alderson 在吹嘘。这种程度的核热火箭远不如在屁股后面爆炸核弹的核脉冲爆震火箭吸引眼球或“极端”,在速度方面的性能更是连光帆、SWIMMER 之类都不如。SWIMMER 比这个更不需要超越的技术。

参考

  1. ^ https://medium.com/predict/the-interstellar-engine-we-could-build-today-d74139d95f1
  2. ^ 330 吨的火箭携有 3000 吨盐水燃料,铀-235 占铀的 90%

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