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俄核动力太空拖船真家伙来了,我们也有类似方案,美国设计最落后

  最近,俄罗斯在2021莫斯科航展上展出的"宙斯"太空核动力拖船TEM的概念惊掉了很多人的下巴,它的造型和中国下一代空间望远镜一样,如同星际战舰,可以执行从地球到月球、地球到火星、月球到火星的远距离运输任务,可以执行地球附近的航天器轨道调整任务,大大节省火箭发射的费用,而且寿命长达几十年。
  你以为它只有PPT
  其实真家伙都造出来了
  人们不仅诧异于它科幻的造型和星际运输的夸张概念,更诧异于它已经接近建造完成的进度。要知道,俄罗斯经济不宽裕,连自己的空间站、航母计划都一拖再拖,这个看起来很不现实的太空核动力拖船,竟然真的在认真建造样机,并进入了载荷试验阶段。
  进度远超外界想象
  不过,更让人诧异的是,太空拖船并非俄罗斯独家专利。从历史上说,上个世纪60年代末70年代初,美苏就已经开始研制了。而从现实角度来说,前不久我国提出的载人火星探测的第三步,即建立大规模的地火运输舰队,实现地球到火星运输的航班化,其实也是一种太空拖船,据说也要使用核动力。
  我国也有类似的方案
  说到航天器上的核动力,很多人对它的认知停留在同位素温差电池上,但在太空拖船上使用的,是真正的核动力。比如俄罗斯"宙斯"安装的,是兆瓦级的核动力推进系统,将采用气冷快中子反应堆,堆芯温度预计高达1500℃,冷却系统将使用氦氙混合物,通过面积巨大的散热板散热。
  宙斯的气冷快中子反应堆
  不过,仅仅只有核动力,还是远远不够的,因为太空飞行,需要不断向后喷射工质。根据动量守恒原理,推进器必须往后喷射一些质量, 产生向后的动量,推力器本身才能获得向前的动量。在这一点上,中美俄三国的设计截然不同。
  宙斯的载荷平台
  我们先说中国,计划采用氢作为推进剂,采用百兆瓦级以上核反应堆将氢加热至超高温度,比冲能达到氢氧发动机的2倍以上,推力理论上可达百吨级。据新华社2018年的报道,我国已经开展空间核动力研究,而在《2017—2045年航天运输系统发展路线图》一书中,更是预测在2040年前后,我国的核动力空间穿梭机将出现重大突破,而这个时间也差不多正好赶上载人火星探测的周期。
  我国下一代空间望远镜,是不是很科幻?
  美国的方案则相对保守,采用水作为冷却剂和工质,即将液态水通过高压管道注入核反应堆正中间,产生大量的高温蒸汽,然后喷射出来。基于这个原理,去年美国太空军和NASA联合提出的"核热火箭推进"项目,简称NTP。说白了,美国还是用核动力烧开水,航天器需要携带大量的淡水,效率最低。
  还是跟蒸汽弹射器一样用核烧开水
  而俄罗斯的方案则类似《流浪地球》里面的离子发动机,当然功率不可能有那么大,其工作原理为电力推进系统加热和加速电离气体,形成高速射流来创造推力。而这种核动力推进系统还可以为天基激光武器提供能源,具备很强的军用价值。
  俄罗斯宙斯的离子发动机和载荷段
  目前,俄罗斯的核动力太空拖船已经成型,计划2030年首飞,而中国的核动力空间穿梭机预计会在2040年取得重大突破,而且中俄之间具备在这方面进行合作的意愿和基础。至于美国,反而成了最落后的那个。
  宙斯三维图

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