首先要说:这是必然的,核聚变绝对是星际航行中最基础最低级的能源了,不能再低了……
为什么这么说?因为在已知能源中比核聚变能量转化率略低的就是核裂变,但核裂变的燃料补给太困难了,能用于核裂变的放射性元素可不是哪里都有的,在星际航行过程中基本上难以补给,因此它不适用于星际航行。
而比核裂变再差一点的似乎就是化学能了,这能量转化率就比核能差太远了……这其中效率最高的也许就是氢氧反应了,倒不是说它释放能量最大,而是它的质能转化率比较高,因为氢比较轻啊,技术困难在于其存储方式,由于常温下氢为气体,无法大量携带,因此必须把它压缩为液态。目前的燃料火箭也开始有使用液态氢作为燃料。然而化学反应的能量释放率实在太低了,即使是氢也是很低很低的,基本上就是只能靠多装燃料来提高速度,然而多装燃料就会导致飞船初始质量过大,这又导致需要装更多的燃料才能达到预定速度,这正是目前航天的困难所在。目前登月火箭的燃料质量大约占到总发射质量的80%左右,而所能达到的速度也就20km/s不到,连光速的万分之一都达不到……跑一光年得上万年,去最近一颗恒星都得好几万年,因此化学燃料根本不适合星际航行,虽然它补给相对较容易,但是它的效率实在太低了……
再往下就没必要讨论了,难道还用TNT不成?……因此核聚变似乎成了星际航行的最低要求了……
那么核聚变能达到星际航行的要求吗?由于目前人类还没掌握可控核聚变技术,也没有找到可以抵御核聚变高温辐射的绝热材料来制造核聚变发动机,也不知道核聚变发动机的具体工作原理……所以本文将忽略一切工程技术方面的问题,假装它们都解决了,单纯从物理层面讨论核聚变能不能做星际航行的燃料。
在所有核聚变反应中,氢核聚变的能量转化效率是最高的,整个转化过程大约可以产生0.7%的能量输出。虽然它的聚变难度远高于其同位素氘、氚和氦同位素氦3,但它的转化率是最高的了,既然我们忽略了技术困难,就直接拿氢来做燃料好了。
用氢做燃料的另一个原因是因为我以前算过它的极限速度,由于计算过程够我专门写一篇文章了,因此我不想在这篇文章里写计算过程,用氢的话直接用我之前的数据就可以了。我们假设氢核聚变产生的所有能量都作用到剩余质量上,加速全部剩余质量向后喷射,也就是用转换出来的0.7%的能量全部成为剩下的氦核、电子、中微子的动能,根据计算大约可以使它们加速到0.12c,也就是光速的12%左右。这就是核聚变燃料所能产生的极限速度了,只有在飞船燃料占比趋近100%时,飞船的极限速度才能趋近于0.12c……
然而我必须声明,飞船是不能把所有能量全都用来加速的,因为它还要减速啊,除了减速所必须的燃料,还得留一部分用于转向、飞船外的防护和飞船内的能源供给。这样飞船大概最多只能达到极限速度的60%左右,也就是0.12x0.6≈0.072c,也就是光速的十分之一不到……
对于广阔的宇宙空间而言,0.072c的速度实在低得可怜,但近距离恒星的星际航行还是勉强够得着的,比如去一趟最近的比邻星找三体人聊聊天大约需要航行60年,一辈子勉强能跑过去一趟……
宇宙那么大,我想去看看…… …… ~星宇飘零~ …… ……