Tên lửa điều khiển nhiệt hạch: Động cơ đẩy hạt nhân thông qua chuyển đổi trực tiếp năng lượng nhiệt hạch
Tương lai của việc thăm dò và phát triển không gian có người lái phụ thuộc rất nhiều vào việc tạo ra một kiến trúc đẩy thành thạo hơn đáng kể để vận chuyển trong không gian. Một lý do rất thuyết phục để điều tra khả năng áp dụng năng lượng hạt nhân trong tên lửa là sự gia tăng mật độ năng lượng khổng lồ của nhiên liệu hạt nhân khi so sánh với năng lượng đốt cháy hóa học. Các nỗ lực nhiệt hạch hạt nhân hiện tại đã tập trung vào việc tạo ra năng lượng lưới điện và hoàn toàn không phù hợp với vận chuyển không gian vì việc áp dụng hệ thống nhiệt hạch-điện dựa trên lò phản ứng tạo ra một khối lượng khổng lồ và vấn đề từ chối nhiệt cho ứng dụng không gian.
Tên lửa Fusion Driven (FDR) đại diện cho một cách tiếp cận mang tính cách mạng đối với động cơ đẩy nhiệt hạch, nơi nguồn năng lượng giải phóng năng lượng trực tiếp vào nhiên liệu đẩy, không yêu cầu chuyển đổi sang điện. Nó sử dụng một chất đẩy lithium rắn không đòi hỏi khối lượng bể chứa đáng kể. Nhiên liệu đẩy nhanh chóng được làm nóng và tăng tốc đến vận tốc khí thải cao (> 30 km / s), trong khi không có tương tác vật lý đáng kể với tàu vũ trụ do đó tránh thiệt hại cho tên lửa và hạn chế cả tải nhiệt và khối lượng tản nhiệt. Ngoài ra, người ta tin rằng FDR có thể được thực hiện với ít ngoại suy từ công nghệ hiện có, ở công suất cụ thể cao (~ 1 kW / kg), ở quy mô khối lượng hợp lý (<100 tấn), và do đó chi phí. Nếu được thực hiện, nó sẽ không chỉ cho phép du hành không gian liên hành tinh có người lái, nó sẽ cho phép nó trở thành nơi phổ biến. Chìa khóa để đạt được tất cả những điều này bắt nguồn từ nghiên cứu tại MSNW về sự nổ tung từ tính của lá kim loại vào một mục tiêu plasma từ hóa để có được điều kiện nhiệt hạch. Một phần mở rộng hợp lý của công việc này dẫn đến một phương pháp sử dụng các vỏ kim loại này (hoặc lớp lót) để không chỉ đạt được điều kiện nhiệt hạch, mà còn phục vụ như nhiên liệu đẩy. Một số lớp lót kim loại khối lượng thấp, điều khiển từ tính được điều khiển một cách quy nạp để hội tụ radially và axially và tạo thành một tấm chăn dày xung quanh plasmoid mục tiêu và nén plasmoid đến điều kiện hợp nhất. Hầu như tất cả năng lượng bức xạ, neutron và hạt từ plasma được hấp thụ bởi lớp phủ kim loại đóng gói do đó cô lập tàu vũ trụ khỏi quá trình hợp nhất và loại bỏ sự cần thiết của khối lượng tản nhiệt lớn. Năng lượng này, ngoài việc sưởi ấm Ohmic cường độ cao ở nén từ trường đỉnh cao, là đủ để làm bốc hơi và ion hóa chăn kim loại. Sự mở rộng của nhiên liệu đẩy kim loại nóng, ion hóa này thông qua vòi phun cách điện từ tính tạo ra lực đẩy cao ở Isp tối ưu. Năng lượng từ quá trình nhiệt hạch, do đó được sử dụng với hiệu quả rất cao. Mở rộng kết quả từ nỗ lực giai đoạn I, giai đoạn II sẽ tập trung vào việc đạt được ba tiêu chí chính để Tên lửa điều khiển nhiệt hạch tiến lên phát triển công nghệ:
- Vật lý của FDR phải được hiểu đầy đủ và xác nhận,
- thiết kế và phát triển công nghệ cho FDR cần thiết để thực hiện nó trong không gian phải được đặc trưng đầy đủ, và
- một phân tích chuyên sâu về thiết kế tên lửa và tích hợp tàu vũ trụ cũng như kiến trúc nhiệm vụ được FDR kích hoạt cần phải được thực hiện. Hoàn thành ba yếu tố này tạo thành các nhiệm vụ chính cần hoàn thành trong nghiên cứu giai đoạn II được đề xuất. Một cơ sở thử nghiệm nén lớp lót trong phòng thí nghiệm sẽ được lắp ráp với đủ động năng lót (~ 0,5 MJ) để đạt được điều kiện hòa vốn nhiệt hạch. Các nghiên cứu ban đầu về sự hội tụ lớp lót sẽ được theo sau bởi các thử nghiệm xác nhận nén lót của plasma từ hóa đến các điều kiện nhiệt hạch. Một đặc điểm hoàn chỉnh của cả FDR và tàu vũ trụ sẽ được thực hiện và sẽ bao gồm các mô tả khái niệm, bản vẽ, chi phí và đánh giá TRL của tất cả các hệ thống con. Phân tích Kiến trúc Thiết kế Nhiệm vụ sẽ kiểm tra một loạt các kiến trúc nhiệm vụ và điểm đến mà hệ thống đẩy nhiệt hạch này sẽ cho phép hoặc quan trọng. Đặc biệt, một nhiệm vụ sao Hỏa có người lái nhanh chóng, duy nhất sẽ được trình bày chi tiết.
điểm hạn chế của tên lửa điều khiển bằng nhiệt hạch như thế nào?
theo mình nghĩ thì nó sẽ tạo ra nhiều lực đẩy hơn nhưng chắc cũng sẽ nguy hiểm hơn do phải kiểm soát được sự phản ứng nếu không sẽ gây nổ.
nếu sài năng lượng hạt nhân đó v có ảnh hưởng gì đến chúng ta không khi mà ai cũng biết hạt nhân rất nguy hiểm
Quote from Trần Nhật Gia Bảo on 21/09/2021, 12:43
Tương lai của việc thăm dò và phát triển không gian có người lái phụ thuộc rất nhiều vào việc tạo ra một kiến trúc đẩy thành thạo hơn đáng kể để vận chuyển trong không gian. Một lý do rất thuyết phục để điều tra khả năng áp dụng năng lượng hạt nhân trong tên lửa là sự gia tăng mật độ năng lượng khổng lồ của nhiên liệu hạt nhân khi so sánh với năng lượng đốt cháy hóa học. Các nỗ lực nhiệt hạch hạt nhân hiện tại đã tập trung vào việc tạo ra năng lượng lưới điện và hoàn toàn không phù hợp với vận chuyển không gian vì việc áp dụng hệ thống nhiệt hạch-điện dựa trên lò phản ứng tạo ra một khối lượng khổng lồ và vấn đề từ chối nhiệt cho ứng dụng không gian.
Tên lửa Fusion Driven (FDR) đại diện cho một cách tiếp cận mang tính cách mạng đối với động cơ đẩy nhiệt hạch, nơi nguồn năng lượng giải phóng năng lượng trực tiếp vào nhiên liệu đẩy, không yêu cầu chuyển đổi sang điện. Nó sử dụng một chất đẩy lithium rắn không đòi hỏi khối lượng bể chứa đáng kể. Nhiên liệu đẩy nhanh chóng được làm nóng và tăng tốc đến vận tốc khí thải cao (> 30 km / s), trong khi không có tương tác vật lý đáng kể với tàu vũ trụ do đó tránh thiệt hại cho tên lửa và hạn chế cả tải nhiệt và khối lượng tản nhiệt. Ngoài ra, người ta tin rằng FDR có thể được thực hiện với ít ngoại suy từ công nghệ hiện có, ở công suất cụ thể cao (~ 1 kW / kg), ở quy mô khối lượng hợp lý (<100 tấn), và do đó chi phí. Nếu được thực hiện, nó sẽ không chỉ cho phép du hành không gian liên hành tinh có người lái, nó sẽ cho phép nó trở thành nơi phổ biến. Chìa khóa để đạt được tất cả những điều này bắt nguồn từ nghiên cứu tại MSNW về sự nổ tung từ tính của lá kim loại vào một mục tiêu plasma từ hóa để có được điều kiện nhiệt hạch. Một phần mở rộng hợp lý của công việc này dẫn đến một phương pháp sử dụng các vỏ kim loại này (hoặc lớp lót) để không chỉ đạt được điều kiện nhiệt hạch, mà còn phục vụ như nhiên liệu đẩy. Một số lớp lót kim loại khối lượng thấp, điều khiển từ tính được điều khiển một cách quy nạp để hội tụ radially và axially và tạo thành một tấm chăn dày xung quanh plasmoid mục tiêu và nén plasmoid đến điều kiện hợp nhất. Hầu như tất cả năng lượng bức xạ, neutron và hạt từ plasma được hấp thụ bởi lớp phủ kim loại đóng gói do đó cô lập tàu vũ trụ khỏi quá trình hợp nhất và loại bỏ sự cần thiết của khối lượng tản nhiệt lớn. Năng lượng này, ngoài việc sưởi ấm Ohmic cường độ cao ở nén từ trường đỉnh cao, là đủ để làm bốc hơi và ion hóa chăn kim loại. Sự mở rộng của nhiên liệu đẩy kim loại nóng, ion hóa này thông qua vòi phun cách điện từ tính tạo ra lực đẩy cao ở Isp tối ưu. Năng lượng từ quá trình nhiệt hạch, do đó được sử dụng với hiệu quả rất cao. Mở rộng kết quả từ nỗ lực giai đoạn I, giai đoạn II sẽ tập trung vào việc đạt được ba tiêu chí chính để Tên lửa điều khiển nhiệt hạch tiến lên phát triển công nghệ:
- Vật lý của FDR phải được hiểu đầy đủ và xác nhận,
- thiết kế và phát triển công nghệ cho FDR cần thiết để thực hiện nó trong không gian phải được đặc trưng đầy đủ, và
- một phân tích chuyên sâu về thiết kế tên lửa và tích hợp tàu vũ trụ cũng như kiến trúc nhiệm vụ được FDR kích hoạt cần phải được thực hiện. Hoàn thành ba yếu tố này tạo thành các nhiệm vụ chính cần hoàn thành trong nghiên cứu giai đoạn II được đề xuất. Một cơ sở thử nghiệm nén lớp lót trong phòng thí nghiệm sẽ được lắp ráp với đủ động năng lót (~ 0,5 MJ) để đạt được điều kiện hòa vốn nhiệt hạch. Các nghiên cứu ban đầu về sự hội tụ lớp lót sẽ được theo sau bởi các thử nghiệm xác nhận nén lót của plasma từ hóa đến các điều kiện nhiệt hạch. Một đặc điểm hoàn chỉnh của cả FDR và tàu vũ trụ sẽ được thực hiện và sẽ bao gồm các mô tả khái niệm, bản vẽ, chi phí và đánh giá TRL của tất cả các hệ thống con. Phân tích Kiến trúc Thiết kế Nhiệm vụ sẽ kiểm tra một loạt các kiến trúc nhiệm vụ và điểm đến mà hệ thống đẩy nhiệt hạch này sẽ cho phép hoặc quan trọng. Đặc biệt, một nhiệm vụ sao Hỏa có người lái nhanh chóng, duy nhất sẽ được trình bày chi tiết.
Cập nhật lần cuối: 26 Tháng ba, 2019Biên tập viên: Loura HallJohn SloughNguồn bài viết:The Fusion Driven Rocket: Nuclear Propulsion | NASABài phân tích chi tiết về tên lửa điều khiển nhiệt hạch của John Slough: John Slough đích thân giải thích hệ thống năng lượng fusion rocket và fusion của mình trong video và thuyết trình | NextBigFuture.com
sử dụng năng lượng nhiệt hạch để vận dụng tên lửa sẽ có những hạn chế , bất cập như thế nào ??
Bài viết của bạn rất hay và bổ ích. Cho mình hỏi là tên lửa điều khiển nhiệt hạch đã được sử dụng nhiều trên toàn thế giới chưa ? Mình cảm ơn.