两年到土星！英美合作制造世界最大核聚变火箭发动机

2023年7月7日，英国空间推进领域的脉冲星聚变公司（Pulsar Fusion）官网报道，他们正在建造一款核聚变火箭发动机。

这款发动机是直接聚变驱动（Direct Fusion Drive，DFD），是一种紧凑型核聚变发动机，可为宇宙飞船提供推力和电力。

脉冲星聚变公司核聚变火箭概念视频

DFD火箭发动机介绍

直接聚变驱动火箭发动机使用氘和氦3作为推进剂。等离子体中产生的辐射能首先被捕获并转化为电力，用来维持等离子体的温度、激活磁场线圈、充电电池、进行通信和姿态控制等。然后在等离子体边缘注入一些推进剂，被等离子体加热后通过一个磁性喷嘴加速排出，形成一个高速的尾流，从而产生推力。这种推力能够根据需要调节大小和方向，使得飞船可以在太空中灵活地转向和变轨。

这款核聚变火箭发动机速度高达804672公里/小时，计划在2027年发射，并将成为太阳系中最热的地方（数亿度，比太阳还热）。模型显示，这项技术有可能在4年内将质量约为1吨的航天器推进到冥王星，还将在有效载荷到达时提供高达 2 MW 的电力。

脉冲星聚变公司核聚变火箭发动机预估参数

研制进展

脉冲星聚变公司目前正致力于建造初样静态核聚变火箭发动机。2021年完成加热技术的技术状态(SoA)评估后，专家小组进行了进一步分析，最终决定开始系统的初始设计。

这款发动机的研制目前已进入第三阶段，即初始测试单元的制造。静态测试将于2024 年开始，随后于2027年对该技术进行在轨演示。

该公司已经开始在英国布莱奇利建造长8米的核聚变反应室。它与新泽西州的普林斯顿卫星系统合作，利用超级计算机模拟等离子体在电磁约束下的行为，以及等离子体在离开火箭发动机时的表现，这些数据将辅助核聚变火箭发动机设计。下一步将是在轨演示，该公司将首次尝试在太空中发射核聚变动力推进系统。

技术难题

脉冲星聚变公司首席财务官詹姆斯·兰伯特博士说：“当前技术难题在于如何在电磁场内保持和限制超热等离子体，等离子体的行为使用传统技术很难预测。“

“科学家们无法控制湍流等离子体，因为这项技术需要数亿度的超高温度和压力才能发挥作用。这种不可预测性归因于磁氢动力学(MHD)和回旋动力学科学，等离子体的状态一直在变化。”

兰伯特博士补充道：“正如最近在加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔实验室所证明的那样，科学家可以实现核聚变温度，并且未来将更频繁地实现这一温度条件”。

DFD基于美国普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的反向场配置（PFRC）实验项目，目前已进入了第二代装置PFRC-2的阶段。脉冲星聚变公司利用人工智能机器学习来分析和预测PFRC-2等离子体的数据，以解决控制和维持高温高密度等离子体的挑战。PFRC-2已经成功地验证了奇对称旋转磁场加热方法的可行性，并且创造了FRC等离子体持续时间的世界纪录。

脉冲星聚变公司介绍

脉冲星聚变公司由Richard Dinan于2011年创立，总部位于英国牛津，目前为航空航天和国防部门生产霍尔推力器和二级火箭发动机。该公司于2022年获得了英国航天局的资助，与核先进制造研究中心和剑桥大学一起开发核裂变电推进系统。

核聚变推进技术可以说是航天工业的明珠，该公司声称其聚变火箭将能够将火星任务时间缩短一半，并使载人土星之旅从10 年缩短到2年。这听起来像科幻小说，但脉冲星聚变公司CEO理查德·迪南在最近的一次采访中表示，聚变推进迟早会实现。

对该公司来说，深空旅行取决于核聚变推进。太空环境下的核聚变比地球上用于发电的核聚变简单得多。因为太空环境非常寒冷，且接近完美的真空，有利于核聚变反应。核聚变反应产生令人难以置信的能量密度，实现超快的行驶速度，而这与现有推进系统相比仅需要一小部分推进剂。

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参考文献

[1]    Pulsar Fusion wants to use nuclear fusion to make interstellar space travel a reality | TechCrunch[EB/OL]. [2023-7-20]. https://techcrunch.com/2023/07/07/pulsar-fusion-interstellar-space-travel-a-reality/.

[2]    UK-US partnership for nuclear fusion rockets : New Nuclear - World Nuclear News[EB/OL]. [2023-7-20]. https://world-nuclear-news.org/Articles/UK-US-partnership-for-nuclear-fusion-rockets.

[3]    World's Largest Nuclear Fusion Rocket Engine Begins Construction[EB/OL]. [2023-7-20]. https://www.sciencealert.com/worlds-largest-nuclear-fusion-rocket-engine-begins-construction.

[4]    英国用AI开发核聚变火箭，可1...@科技高地的动态[EB/OL]. [2023-7-20]. http://mbd.baidu.com/newspage/data/dtlandingwise?sourceFrom=reyi&nid=dt_3760240028710325581.

[5]    Fusion Propulsion[EB/OL]. [2023-7-20]. https://pulsarfusion.com/products-development/fusion-propulsion/.

[6]    【到土星仅需2...@姿势分子knowledge的动态[EB/OL]. [2023-7-20]. https://mbd.baidu.com/newspage/data/dtlandingwise?sourceFrom=dtlandimmersive&nid=dt_4184450594318833369.