科學家研發核融合推進器,探測器僅需 2 年就可抵達土衛六!

DFD 模擬圖。圖片來源:Princeton Satellite Systems YouTube 頻道

太空旅行的方式,除了傳統的化學燃料火箭外,科學家也在研究新的動力來源:核融合。普林斯頓大學電漿物理實驗室(PPPL)正在進行第二代的普林斯頓磁場反轉位形實驗(Princeton field reversed configuration-2,PFRC-2),開發概念型的直接核融合驅動裝置(direct fusion drive,DFD)。研究人員的目標,是讓該裝置成為太空載具的主要驅動系統。

使用 DFD,探測器僅需 2 年即可抵達土衛六

DFD 具有極高的功率重量比(power-to-weight ratio),勝過目前常用的化學或電力推進模式。比衝(specific impulse)是衡量推進系統的燃料使用效率指標,而 DFD 的比衝與目前效率最高的電力發動機相當。此外,DFD 在低功率模式下的推動力僅略小於化學動力火箭的推動力。因此,DFD 將電力系統的比衝與化學動力火箭的推力優點結合為一體。

研究團隊希望使用 DFD,將探測器送到土衛六。土衛六又稱為泰坦(Titan),是土星最大的衛星,科學家認為土衛六上可能有生命,期望對此有更深入的研究。根據紐約市技術學院物理系的研究,如果使用 DFD,人類有望在 2 年內,將探測器送到土衛六,遠低於傳統火箭的 7 年。

DFD 不僅能提供推力,還能提供電力

根據天文學家的計算,2046 年,星體的排列位置將提供前往土衛六最有效率的路徑,因此研究團隊有將近 26 年的時間研發、優化 DFD。

但探測器抵達土星,就要面臨軌道轉移的挑戰。環繞土星的軌道相對容易,但將軌道轉移到土衛六的難度則困難很多,需要處理複雜的三體問題。但若探測器順利進入土衛六的軌道,DFD 就能發揮另一項優點:提供電力。目前探測器大多使用放射性同位素熱電機(RTG)作為電源,但 DFD 不僅能提供推力,還能提供電力,延長探測器的任務執行壽命。

除了土衛六,科學家還希望 DFD 能協助發射探測器到天王星、海王星、冥王星等遙遠星體。目前僅有新視野號(New Horizons)探測器飛越冥王星,而它花了 9 年的時間才抵達;DFD 有望能大幅縮減旅行時間,提升天文研究的效能,為人類解開宇宙的神秘面紗。

參考資料

PhysOrg》、《The Science Times》、《Princeton Satellite Systems

(本文提供合作夥伴轉載;首圖來源:Princeton Satellite Systems YouTube 頻道

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