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核動力客機!航空史的又一神來之筆?

2018-01-01 15:43          航天航空

試想一下,一架搭載核聚變發動機的超音速客機能以三倍于音速飛行。我們帶你走近核動力客機,探尋個中奧秘:搭上飛機,從倫敦希思羅機場起飛,三小時后便能讓你踏上紐約的約翰肯尼迪機場的天橋;旅途舒適,頭等艙體驗更佳,以每小時3680公里的速度,飛機將大西洋遠遠甩在身后。
 
這架閃電獵鷹(Flash Falcon),看上去像極了系列游戲《光環》當中的太空飛船。它的出現,能夠填補2003年協和式飛機退役后留下的超音速客機空白。
 
遺憾的是,這還未成為現實,設計目前只存在于西班牙設計師奧斯卡•芬諾斯(Oscar Vinals)的腦海中,還沒有原型機下線。芬諾斯的概念圖中的閃電獵鷹能夠搭載250名乘客以三馬赫的速度航行。機身總長度超過130英尺(39米),超過協和式飛機,翼展是協和式的兩倍。它的引擎可以有20度的旋轉,使得飛機能夠像直升機一般起降。
 
更具顛覆性的設計是,閃電獵鷹將是核能驅動。該機搭載核聚變反應堆,推動6個發動機協同運作。
 
奧斯卡•芬諾斯告訴BBC《未來》,他認為,核聚變將是未來最好的清潔能源,提供大量電力的同時,還是清潔能源,不會產生有害物質。“現如今,我們對核聚變的工作原理已經了然于心,很多研究核聚變的項目,如托卡馬克(Tokamak)、國際熱核聚變實驗反應堆(InternationalThermonuclear Experimental Reactor,縮寫為ITER)以及仿星器(Stellarator)。樂觀估計,在未來的五至七年內,人類將能夠制造運行穩定產能達標的核聚變反應堆。”
 
期待已久的廉價清潔能源是否會在如此短的時間悄無聲息的出現?尚不得而知。不過,芬諾斯的概念設計復蘇了自1950年以來飛機工程師內心深處的一個夢,那就是如何將核反應堆塞進飛機里。

上世紀50年代,人類制造出第一代足夠小巧的核反應堆,能夠塞進船艙。在隨后的幾年,體積更小的核反應堆已被用來驅動潛水艇。當時可謂是航天飛機設計的黃金時代。科技大踏步前進,給戰后世界帶來了蓬勃發展的航天業的同時,也催生了冷戰。伴隨著當時日益緊張的美蘇局勢,美國積極尋求一種能夠長時間巡航的的核彈頭轟炸機,久久盤旋在領土上空,以降低飛行核彈載體對機場跑道的依賴。
 
上世紀50年代初期,首架核動力飛機是由B36轟炸機進行重度改裝而來。工程師們在這架本已巨大無比的大飛機上加裝了11噸的防護罩以隔離核輻射。盡管這架名為NB-36H的飛機進行了47次試飛,但是只嘗試了一次在空中運行反應堆的實驗,從來沒有用核動力驅動過飛機起飛。
 
理論上來說,只要飛機足夠大,搭載的機組成員能夠輪流值守,核反應堆確實能夠讓飛機持續巡航好幾個月。但是,機載核裂變反應堆面臨著若干重大問題。首先,必須讓反應堆能夠循環使用核廢料(類似行波堆原理);其次,飛機必須裝備重型防護用以抵擋輻射。
 
對此,英國航空航天技術研究所(ATI)的西蒙•維克士解釋道,“核裂變反應堆的最大問題是必須完全封閉。因為核裂變會釋放大量中子,這些中子會對人體造成很大的傷害。”
 
毫無疑問,搭載核裂變發動機的飛機一旦墜毀后果不堪設想,其潛在的巨大風險使得該項研究一直停滯不前。另外一個比較重要的原因是,士兵會服從命令登上核動力飛機,但讓乘客自愿登上一架反應堆就在幾米開外的核動力飛機,著實不太可能。
 
至那時起,核動力飛機就一直停留在藝術家的腦海里,用以描繪50年100年后空中旅行的模樣。
 
然而,芬諾斯構想的飛機并不是由核裂變反應堆驅動的。通常情況下,人們一聽到“核能”這個詞,就本能的覺得很危險,但核聚變并非核裂變。與核裂變的鏈式反應不同,核聚變是將兩個或多個原子聚變成一個大質量原子,在提供更多能量的同時不會產生有害核廢料。
 
一切看起來很美好,然而,實際上,核聚變離大規模應用還有很長的路要走。在上世紀40年代到80年代,我們見證了大量的核裂變實驗,該技術取得了長足進步,但相比之下,核聚變研究之路就坎坷得多。自上世紀50年代起,我們就開始研制核聚變反應堆,然而,至今都沒有穩定運行的案例。
 
原本被寄予厚望的ITER,現狀也不容樂觀。例如,之前提到的將建于法國的ITER,最理想的原型堆建成期也要到10年后。但即使反應堆運行穩定了,這也只是萬里長征第一步,接下來更大的挑戰是如何縮小體積,減輕重量。
 
“核聚變投入生產永遠可能還需要50年,"英國航空航天技術研究所的維克士說。“打造一個能夠驅動如芬諾斯所設計的超音速飛機的便攜核聚變反應堆,是一項巨大的挑戰,難度遠遠超過打造一架能夠以三倍音速飛行的飛機。”

總而言之,在現有技術條件下,閃電獵鷹想要飛上天,光有野心是不夠的。搭載核聚變發動機的飛機估計很難在近期成真,比較現實的解決方案的是混合動力,例如,通過發動機螺旋槳儲存能量以便在飛機起飛時提供助力。

不過話說回來,整部航空史不乏天方夜譚式的神來之筆。或許在未來的某一天,核聚變發動機就會出乎人們意料的畫上一筆。



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