核反應堆早已小型化,爲什麼不造宇宙飛船,實現星際旅行?

美吃記


從旅行者一號,到好奇者號火星探測器,都使用的是核燃料電池。注意,這裡把他們稱為核燃料電池,而不是核動力。目前的航天推進還是主要通過化學燃料火箭來實現。



核燃料電池,又叫放射性同位素電池。其早已在軍事、醫療、航天領域有了很多應用。密蘇里大學的研究團隊已經可以把核燃料電池做成一枚硬幣的大小。同等體積下,是普通電池的一百萬倍。


厲不厲害,然而放射性同位素嘛,必然其在衰變時釋放能量的速度不受外界干擾,一直不會變的。不能像鋼鐵俠那樣突然增大輸出上天開炮。這既是優點也是缺點,優點當然是蘊含很多能量,甚至能用幾百幾千年。缺點就是釋放比較緩慢,速率不可調。

如果要用核動力來推進,那麼需要利用核能將工質加速噴出去。這樣肯定需要在短時間內釋放大量能量。極限的情況下,就是在火箭屁股引爆一枚小型核彈。但是即使如此,不考慮是否能承受,飛船也難以獲得足夠的速度。

星際旅行所需要的能量,人類目前掌握的核能也不夠看。

所以現實一些的話,只有離子推進器結合核動力供電也許還有些看點。目前可以在小型探測器上應用,但即使是核動力,也缺電。過個幾百年,核聚變有突破的話,也許會有載人核動力飛船。


蛋科夫斯基


核反應堆小型化和安裝到宇宙飛船上的反應堆當然有很大的區別,宇宙飛船上的反應堆需要字無重力環境中使用,同時還可能遇到宇宙射線、高能粒子的干擾。一旦出現故障,維修就不方便了,可靠性要足夠高。目前小型化也只是安裝到大型艦艇上,比如航母、破冰船等,宇宙飛船還造不了這麼大。科學家估計一千年後人類必然是有能力離開太陽系的。不過,人類離開太陽系並不會依賴核聚變引擎。

核聚變雖強,但也只夠在太陽系內部轉轉,其動力尚不足以使人類跨越恆星之間那光年級別的距離,因此,一千年後的人類應該是利用了其他更加先進的引擎而離開了太陽系,比如曲速驅動之類的概念型動力裝置。目前人類的關注點依然在火星上,就現在來看,火星是一個荒蕪的不毛之地,但在幾十億年前,火星與地球一樣,也存在大氣層與海洋。那火星是如何變成現在這個樣子的?其直接原因就是火星磁場的消失,比起星際旅行,我們更希望能夠研究透火星,因為火星形成之初也地球一樣,擁有磁場。

但之後,火星的磁場消失了,結果,火星就暴露在太陽風的直接轟擊之下。如果我們連火星都搞不明白,就去星際旅行,那麼有可能連自己的家都保不住。實現星際旅行的基礎是對太陽系探索足夠深入,這樣才能實現星際旅行,畢竟太陽系也足夠大,飛到冥王星還得10年的時間,未來100至200年,人類還只能在太陽系內活動。


太空伊卡洛斯


“星際”是一個太寬泛的概念,行星之間飛行可以叫星際,在由恆星、行星等組成的星系(比如太陽系)之間飛行也可以叫,但這些旅程的距離存在天文數字的差距。比如地球與太陽間的平均距離稱為一個“天文單位”(約等於1.496億公里),一般用來衡量太陽系內行星間的距離。美國1977年發射的探測器“旅行者1號”就裝有核動力(放射性同位素),它2012年飛出太陽系,用了36年,距太陽也才121天文單位。

太陽系外的距離就要以“光年”來衡量了,一光年約等於63240天文單位,而已知距太陽系最近的恆星距我們約4.22光年。即使以接近光速的速度,穿越銀河系也要十萬年以上。

而且,“旅行者1號”的核裝置並不提供它前飛的動力,而主要是用來給設備供電,它的飛行主要是利用太陽系內各種行星的引力,被拉、拽、甩出去的。

以這種辦法,如果換成載人飛船,飛到火星單程也要250天,由於火星上沒有後勤支持,還要攜帶返程的燃料和所需的一切,因而這種旅程最好的辦法是去了就留下來建設當地,形成居留條件和返回地球的條件,這樣的時間就是數年了。這個時間段說來不長,但要考慮到這是脫離地球,包括事故、疾病和心理危機等一切意外都得不到地球幫助,還有居留和建設中遇到的未曾預料的困難。

這還只是到距離不到一個天文單位的火星,再遠就要考慮宇航員老死在飛船上的情況了,飛船必須能供人類繁衍數代。

還有核動力的強烈輻射,要求飛船有很強的屏蔽能力,但這很笨重,而且人類對太空環境(包括危險的宇宙射線)的適應能力並未根本解決。


吳戈


核反應堆可以分為核裂變和核聚變,我們現在所說的核反應堆裝配了核燃料以實現大規模可控制裂變鏈式反應的裝置。目前科學家們還在進行核聚變反應堆的研究,也就是小太陽的研究工作。

核聚變和核裂變都有優缺點,核聚變是利用氫同位素的原子核變化,瞬間釋放出大量的能量,沒有任何汙染,這也是太陽燃燒的原理。但是有幾大難題,第一是點火需要超級高溫來觸發核聚變的發生,需要核裂變原子彈產生的瞬時高溫來激發,比較複雜。目前,世界上最大激光輸出功率達100萬億瓦,足以"點燃"核聚變。除激光外,利用超高額微波加熱法,也可達到"點火"溫度。世界上不少國家都在積極研究受控熱核反應的理論和技核聚變爆炸會產生瞬時巨大的能量,第二是這部分能量的儲存和利用還是一個問題。第三,找到能夠承受瞬時高溫的材料和設備,這同樣也是巨大的考驗。核裂變是原子彈爆炸的原理所在,因為緩慢地釋放能量,所以一般使用在核電站的建設中,但是核裂變有風險。一旦出現洩漏會將放射性物質傳播到空氣土壤中,會對環境造成極大的汙染,會對人體的健康造成極大的損傷。

總而言之,這兩種核反應都可以產生巨大的能量,人類需要面對的最大問題是設計一種裝置,去操控它,充分利用核反應帶來的好處,規避其不足之處。


科壇春秋精選


以目前的技術造核動力的太空飛船困難還是很多的。

①在太空中如何推動飛船?目前的飛船動力都才有燃料燃燒,高速噴出氣體。根據動量守恆定律,飛船把氣體分子丟出去的同時,氣體分子會給飛船一個反作用力。核動力的不管是反應堆還是核電池,一般來說只能發電。以目前的技術,幾乎沒辦法在太空中依靠電能航行。(攜帶一些氣體或者液體(稱為工質),用電能把氣體或者液體加熱加速噴出去推動飛船差不多是現在的技術極限,如果要滿足長距離航行,攜帶的氣體或者液體數量會十分龐大,效率也沒比常規動力強多少)。還有一種實驗室中存在的em引擎,只要電能不需要工質就可以產生推力,目前其工作原理未知,推力也只夠推動一張A4紙。

②如果是載人飛船,還必須解決輻射問題。目前對核反應堆的輻射,幾乎只能採用厚水泥板或者鉛板隔離。,飛船上弄一個鉛板保護殼,重量大的離譜啊。即使現在所謂的小型化反應堆,基本重量都在10噸以上。

③仍然說載人飛船的事,核動力的優點就是能量密度高,所以主要用處是長時間航行,攜帶的生活物質應該儘量循環使用,遺憾的是,目前人家尚沒完成一個小的生物循環系統。各國建設了很多實驗系統,都只能延長崩潰時間而已。

④人員心理問題。飛船的空間是十分寶貴的,人員長時間在狹小空間是會出心理問題的。類比潛艇,世界上潛艇潛航記錄最高是中國保持的90天。實際上各國的核潛艇都能維持潛航90天以上的水平,重點還是人受不了。飛船可比潛艇還狹小呢。


浩然磨磨


裂變你敢用?裂變的工作方式是加熱水形成壓力和蒸汽然後用蒸氣來帶動蒸汽輪機來發電,其本質靠的還是電機。裂變離不開水,需要大量的水。理想的核能是聚變,但是這玩意不可控,比較複雜,短期內看不到成功的可能。就算聚變成功了,怎麼應用在飛船上,讓它往後噴射動力。目前比較理想的是離子發動機,可以用電。但是這玩意推力太小,只能在太空真空中慢慢加速。但是從地球到太空,這段目前只能靠燃料推進。一次性的,做大了成功率也不高,做小了,成功率高,但是對於太空旅行來說沒什麼鳥用


哥的夢境傳說



飛天夢想一直是人類的追求,現在飛機滿天飛,而且美國人也已經實現了登月,雖然說現在美國要想再次登月,卻也不是那麼容易的事情,而前往火星則是難上加難了,更不要說什麼星際旅行了,一個最為關鍵的問題是推動飛船前進的能量從哪裡來?

現在人類所使用的最大的能量來源當屬核燃料了,想當年冷戰時期,美蘇爭霸雙方為了有長時間在空中飛行的轟炸機,就想法給轟炸機裝上核動力的發動機,而當時兩國的技術能力那是相當牛的,但是結果還是沒能成功,問題難在什麼地方?當然是核反應堆小型化問題解決不了。那在宇宙飛船上用核反應堆可行嗎?答案是否定的,這不是因為目前還沒有技術能使核反應堆變小,比如核核潛艇,這樣大的宇宙飛船做不了,或者送不上去嗎?當然不是,因為我們知道核反應堆只提供熱量,加熱水,使水變成水蒸氣從而推動輪機帶動螺旋槳,給潛艇提供動力。

但是螺旋槳不能給飛船提供動力,因為宇宙飛船隻能靠向外噴射物質來獲取動力。還好現在有離子發動機可用,但是它的推重比太小,且核反應堆不同於核電池,它需要大量的水


我獨醉你獨睡


其實你瞭解了核反應堆的工作原理就知道為什麼不能了。

現階段的核反應堆主要是在閉環裡輸出能量然後對外機械做工,機械做工又推動航母前行,這一切都是在機械做工有介質的情況下實現的,比如航母的螺旋槳靠划水,飛機渦輪靠吸入空氣再噴射。

但是在宇宙真空狀態,既沒有水,也沒有空氣,那物體想要前進螺旋槳之類的就不行了,那就必須向反方向噴射氣體以產生相反的推力。這樣子一來,以現階段的核能技術要在宇宙中產生推力就只能直接向外噴射做工,但是現階段的科技還不能控制核反應向一個方向釋放能量,即使能控制了,那這種直接噴射的物質消耗也比現有的固體液體燃料的消耗少不了多少。這樣子一個飛船半個船都得是燃料,還是核燃料,從成本安全及回報來說都划不來,更不用說萬一星際相遇,能不能有還手之力呢。


科學三人行


看了大家的回答我也忍不住來枉自指點一番。

前面已經有人說了宇宙真空環境沒有推進的“工質”,但其實也意味著沒有摩擦力可以無限勻速運動。這麼說的話只要飛船自帶推進燃料,讓飛船有個初始加速度就能一直往前飛了。另外我們目前使用的航行原理還是最基本的化學能推動飛船加速。使用化學能最簡單,但受限於飛船的體積,我們所攜帶的燃料有限就無法把飛船加速到足夠快來縮短飛行時間。但是理論上我們也已經接近開發出電能推動飛船加速了。相信隨著核反應堆的更加小型化和電能推動空間發動機的理論走向現實,很快就能實現這一目標。

接下來才是最重要的問題。

星際飛行就是星球與星球之間的飛行。現在離我們最近的月球都要飛好久才能到。離我們第二近的火星也要飛幾個月。那麼我們如何在有限的飛船空間裡渡過這幾個月時間呢?這才是最大的問題。現在人類不斷的在進行封閉環境下的生存試驗就是為了解決這一問題。但這種生態飛船即使做到可以提供自給自足,我們的航行時間又被飛行員的壽命所限制。解決這個困局我們又兩個選擇,1.延長駕駛人員壽命,手段可以通過人體冷凍休眠來實現,但現在技術上沒有進展。2.我們讓飛船更快就行了,這一點我們使用的化學推動發動機有瓶頸,目前也沒有進展。我們只能耐心等待電能推動的發動機實現突破了。


Star星辰大海


其實,你也可以想象,其實我們正在進行星際旅行。

而我們乘坐的這艘宇宙飛船,就是地球,這艘天然的宇宙飛船。而對於星際旅行,這樣的宇宙飛船才是真正完美的宇宙飛船,而我們正搭乘在這艘飛船上,已經飛行了上億年,只是就我們目前的技術而言,還沒有掌握控制它的動力源的能力而進行符合我們意志的星際旅行。所以目前我們還只是這飛船的乘客,而非駕駛員。這樣的宇宙飛船的優勢在於:1.它可以搭載的乘客眾多,2.它有天然的生存環境可以保證乘客旅行幾十億年,甚至更久,就生活在這艘宇宙飛船上。



你說的核反應堆,就是這艘宇宙飛船的動力,其實這個我們這艘宇宙飛船也具有,我們的大鍋爐就是太陽這個核反應堆。所以這艘宇宙飛船的結構,我想超出了大家的想象。但是我要說,這才是完美的,能夠更長時間,更遠距離飛行的宇宙飛船結構。


太陽這個核反應堆作為我們飛船的動力源——大鍋爐而存在。而地球就是這艘宇宙飛船的生活艙。那麼,有朝一日,當我們掌握了控制這艘宇宙飛船的動力源——太陽的時候(比如戴森球技術等),我們就可以駕駛著這艘太陽系號宇宙飛船飛離銀河系,飛向我們想去的地方了。甚至我們的掌控能力再強一點兒,我們將可以駕駛銀河系號、宇宙號等等宇宙飛船,那麼我們就會擁有更大的動力源,能夠做更長時間,更遠距離的星際旅行了。

因此,未來我們真正駕駛的巨型宇宙飛船就是太陽系號或者銀河系號。而我們人類所製造的那些宇宙飛船可以作為星系內的短途旅行而用。對於需要更快、更遠的旅行,那就是太陽系號或者銀河系號了。

當然,這中間會有非常非常多的技術問題要解決。比如以後我們可能會在飛行途中更換生活艙——地球,以及在不同的生活艙之間做短途的旅行,等等。


說不好我們常說的飛碟,就有點類似這樣的宇宙飛船。有可能外星人掌握了把像太陽系或銀河系這樣的星系變成像飛碟那麼大小的體積,而乘坐在上面,而進行快速的宇宙飛行了也未可知呢。


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