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技术文章

核动力火箭

2017/8/24 9:39:53

继1961年世界上第一个宇航员苏联的加加林飞上太空之后,美国的航天事业奋起直追,至2003年已有6批12人登上了月球。人们登上火星的日子已指日可待。
把卫星、宇宙飞船和空间探测器等宇航器件送入太空,均需要运载工具。运载工具可以是火箭,也可以是航天飞机。至今,世界上先后研制生产了20多个系列,一百多种型号的运载火箭。但是,能把载人飞船送入太空的运载火箭还不多。我国是世界上除了美国和俄罗斯之外,第三个拥有载人飞船运载火箭的国家。
火箭是由极高速度从喷气管排出气体而产生强大反作用力作推力的一种飞行器。火箭按能源来分,可分为:化学火箭、电火箭、太阳能火箭、核火箭、光子火箭等。运载火箭是将人造卫星、宇宙飞船和空间探测器等航天器送入飞行轨道的大型多级火箭。进入太空,首先需要摆脱地球引力的束缚,达到第一宇宙速度(7.9千米/秒),才能克服地球引力而环绕地球飞行,不落回地面。达到第二宇宙速度(11.2千米/秒),才可以脱离地球飞向太阳系的其他行星。达到第三宇宙速度(16.7千米/秒)后,以现代航天器来飞行,要2~3万年才能离开太阳系。
 
中国承载“神舟”五号载人宇宙飞船的火箭升空
 中国是火箭的发源地,中国在宋朝的作战中就使用了火箭。1970年4月24日中国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功,中国成为继苏、美、法、日之后第五个用自制运载火箭成功发射卫星的国家,同时也是美、苏之后第三个掌握卫星返回技术的国家。2003年10月15日,中国宇航员杨利伟乘“神舟”五号飞船上天,航天飞行21小时。中国已成为世界上第三航天大国。中国正准备着登月工程和建立空间站。在不久的将来,五星红旗将飘扬在离我们38万千米远的月球上。

中国第一位宇航员杨利伟
1.核热火箭
核热火箭是利用核燃料(铀-235或钚-239)裂变时产生的巨大热能,把推进剂(如氢、氦或氮)加热到极高温度(4000℃以上),以极高速度从火箭尾部喷出,推动火箭高速飞行。它的工作原理与化学火箭发动机类似,只是加热的能源不同。核热火箭发动机的比冲高,寿命长,但技术复杂。
美国在1995年开始执行第一个核热火箭研究计划,产生高温等离子休(温度达70万度),从喷气口喷出,驱动火箭前进。
国外核推进技术研究指出,采用核热火箭可大大缩短到达月球的时间,即使到达土星也只要花7年时间。
2.核电火箭
核电火箭是把核裂变或聚变能转换为电能,提供给火箭,使推进剂(如汞或氙)电离,加速成为等离子态推进剂,以高速排出,产生极大的推力。
3.光子火箭
人类幻想作星际考察和旅行,要实现星际航行关键在于运载工具的速度。要求以光速或接近光速的速度飞行,这无疑需要惊人的能量。以化学能作为动力,最高速度只有4000米/秒,这样的速度作星际旅行,则好像骑着毛驴车周游世界,在宇航员有限的生命期内是绝对不可能到达目的地的。光子火箭可达到300 000 000米/秒的光速。
光子火箭就是利用正物质和反物质湮没产生光子。设想的光子火箭,最前面是宇航员座舱。中间是正粒子和反粒子贮存库。后面是巨大的凹面镜,当正粒子和反粒子被引到凹面镜的焦点处湮没,产生光子,释放出巨大能量,光子通过凹面镜反射出去,推动火箭前进。这种光子火箭自身重量不大,但推力十分巨大。
2000年,美国科学家斯蒂夫·哈威设想了一个反物质发动机,用这种反物质发动机,从地球飞往火星只需6个星期。

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