핵융합 로켓

Fusion rocket
NASA의 핵융합 추진 로켓 개략도

핵융합 로켓은 핵융합 추진에 의해 구동되는 로켓의 이론적인 설계로, 큰 연료 공급 없이 우주에서 효율적이고 지속적인 가속을 제공할 수 있다.이 설계에는 현재 능력 이상의 핵융합 발전 기술과 훨씬 더 크고 복잡한 로켓이 필요합니다.

핵융합 펄스 추진은 핵융합 에너지를 사용하여 추진력을 제공하는 하나의 접근법이다.

퓨전의 주된 장점은 매우 높은 비충격인데 반해, 주된 단점은 원자로의 (아마도) 큰 질량이 있다는 것이다.핵융합로켓은 핵분열로켓보다 방사선이 적어 필요한 보호질량을 줄일 수 있다.핵융합 로켓을 만드는 가장 확실한 방법은 오리온 계획에서 제안한 대로 수소 폭탄을 사용하는 것이지만, 그러한 우주선은 거대할 것이고 부분 핵실험 금지 조약은 그러한 폭탄의 사용을 금지한다.이러한 이유로 폭탄 기반 로켓은 우주에서만 작동하도록 제한될 것이다.대체 접근법은 직접 추력 대신 핵융합에 의해 생성된 전기(예: 이온) 추진력을 사용한다.

발전 대 직접 추력

이온 스러스터와 같은 우주선 추진 방식은 작동에 전력이 필요하지만 매우 효율적입니다.일부의 경우, 추력은 발생 가능한 동력의 양(예: 매스 드라이버)에 의해).핵융합 동력으로 작동하는 발전기가 그런 배를 운전할 수 있을 것이다.한 가지 단점은 기존의 전기 생산에는 저온 에너지 싱크가 필요하며, 이는 우주선에서는 어려운(즉, 무거운) 것입니다.핵융합 제품의 운동 에너지를 전기로 직접 변환하면 이 [citation needed][improper synthesis?]문제가 완화됩니다.

한 가지 매력적인 가능성은 전기를 중간 생산하지 않고 추력을 제공하기 위해 핵융합 배기가스를 로켓 후면으로 유도하는 것입니다.이것은 일부 구속 방식(예: 마그네틱 미러)에서 다른 방법(예: 토카막)보다 더 쉬울 것입니다.또한 "고급 연료"에도 더 매력적입니다(공중전자 융합 참조).헬륨-3 추진은 헬륨-3 원자의 융합을 동력원으로 사용한다.두 개의 양성자와 한 개의 중성자를 가진 헬륨의 동위원소인 헬륨-3는 원자로에서 중수소와 융합될 수 있다.그 결과 발생하는 에너지 방출은 우주선 뒤쪽에서 추진체를 쫓아낼 수 있다.헬륨-3는 주로 달의 풍부함 때문에 우주선의 동력원으로 제안된다.과학자들은 [1]달에 100만 톤의 헬륨-3가 존재한다고 추정한다.D-T 반응에 의해 생성된 전력의 20%만이 이러한 방식으로 사용될 수 있으며, 나머지 80%는 자기장이나 단단한 벽에 의해 지시되지 않기 때문에 추력을 향하기 어려울 수 있는 중성자로 방출된다.헬륨-3은 삼중수소의 베타 붕괴를 통해 생성되며, 중수소, 리튬 또는 붕소에서 생성될 수 있다.

자체 지속적 핵융합 반응을 생성할 수 없는 경우에도 핵융합 기술을 사용하여 VASIMR 엔진과 같은 다른 추진 시스템의 효율성을 높일 수 있습니다.

감금 대안

마그네틱

핵융합 반응을 유지하려면 혈장을 제한해야 합니다.지상 핵융합에 대해 가장 널리 연구된 구성은 자기 구속 핵융합의 한 형태인 토카막이다.현재 토카막은 무게가 많이 나가기 때문에 추력 대 중량비는 받아들일 수 없을 것 같습니다.NASA의 글렌 연구 센터는 디스커버리 II의 개념적인 차량 설계를 위해 작은 석면비 구형 토러스 원자로를 제안했다.디스커버리 II는 861톤의 수소 추진제와 11톤의 헬륨-3-데우테륨(D-He3) 핵융합 [2]연료를 사용하여 승무원 172톤의 적재물을 118일(토성까지 212일) 만에 목성에 운반할 수 있다.수소는 핵융합 플라즈마 파편에 의해 가열되어 추력을 증가시킨다(348–463km/s)는 감소된 배기 속도 및 그에 따른 추진제 질량의 증가를 희생한다.

관성

자기 구속의 주요 대안은 프로젝트 다이달로스가 제안한 것과 같은 관성 구속 융합(ICF)이다.작은 핵융합 연료 알갱이(직경 수 밀리미터)는 전자빔이나 레이저에 의해 점화된다.직접 추력을 생성하기 위해 자기장이 푸셔 플레이트를 형성합니다.원칙적으로 헬륨-3-중수소 반응이나 무공해 핵융합 반응은 하전 입자의 에너지를 극대화하고 방사선을 최소화하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 반응을 사용하는 것이 기술적으로 가능한지 여부는 매우 의문이다.1970년대의 상세 설계 연구인 오리온 드라이브와 다이달로스 계획 모두 관성 구속을 사용했다.1980년대에 Lawrence Livermore National Laboratory와 NASA는 ICF로 구동되는 "행성간 운송 응용 프로그램(VISTA)"을 연구했습니다.원뿔형 VISTA 우주선은 화성 궤도에 100톤의 페이로드를 싣고 130일 만에 지구로 돌아오거나 목성 궤도로 403일 만에 귀환할 수 있다. 41톤의 중수소/삼중수소(D-T) 핵융합 연료와 4,124톤의 [3]수소 방출제가 필요할 것이다.배기 속도는 157km/s가 될 것이다.

자화 대상

자화 대상 융합(MTF)은 보다 광범위하게 연구된 자기 제한 융합(즉, 양호한 에너지 제한)과 관성 제한 융합(즉, 효율적인 압축 가열 및 융합 플라즈마의 벽 없는 격납) 접근방식의 최상의 특징을 결합한 비교적 새로운 접근법이다.자기접근법과 마찬가지로 핵융합연료는 플라즈마로 가열되는 동안 자기장에 의해 저밀도로 제한되지만, 관성구속접근법과 마찬가지로 목표물을 빠르게 압축하여 연료밀도를 획기적으로 높여 온도를 높임으로써 핵융합이 시작된다.MTF는 강력한 레이저 대신 "플라즈마 건"(즉, 전자기 가속 기술)을 사용하여 저비용 및 저중량 소형 [4]원자로로 이어진다.NASA/MSFC 인간외계행성탐사(HOPE) 그룹은 24330일 [5]만에 106-165 미터톤의 추진제(수소와 D-T 또는 D-He3 핵융합 연료)를 사용하여 목성의 달 칼리스토로 163933 킬로그램의 페이로드를 운반할 수 있는 유인 MTF 추진 우주선을 조사했다.따라서 이 설계는 앞서 언급한 "Discovery II", "VISTA" 개념보다 배기 속도(700km/s)가 더 높기 때문에 상당히 작고 연료 효율이 높습니다.

관성 정전

핵융합 로켓의 또 다른 구속 개념은 판스워스-히르쉬 퓨저 또는 에너지-물질 변환사(EMC2)가 개발 중인 폴리웰 변이와 같은 관성 정전 구속(IEC)이다.일리노이 대학교는 목성의 달 유로파에 10만 kg의 승무원 탑재물을 210일 만에 운반할 수 있는 500톤급 "퓨전선 II" 개념을 정의했다.핵융합선 II는 D-He3 IEC 핵융합로 10기로 구동되는 이온로켓 추진기(배기속도 343km/s)를 이용한다.이 개념은 목성계까지 [6]1년 동안 왕복하기 위해 300톤의 아르곤 추진제가 필요할 것이다.Robert Bussard는 1990년대 내내 우주 비행에 그것의 적용에 대해 논의한 일련의 기술 기사를 발표했다.그의 연구는 아날로그 공상과학 및 사실 출판물에 실린 기사에 의해 대중화되었는데, 톰 리곤은 퓨저가 매우 효과적인 핵융합 [7]로켓을 만드는 방법을 설명했습니다.

반물질

더 추측적인 개념은 반물질 촉매 핵펄스 추진으로, 핵분열과 핵융합 반응을 촉매하기 위해 반물질을 사용하여 훨씬 더 작은 핵융합 폭발을 일으킬 수 있다.1990년대에 펜 주립 대학에서 AIMStar라는 이름으로 [8]실패한 설계 작업이 수행되었습니다.그 프로젝트는 우리가 생산할 수 있는 것보다 더 많은 반물질을 필요로 할 것이다.또한 [9]실현되기 전에 몇 가지 기술적 장애물을 극복해야 합니다.

개발 프로젝트

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Moon's Helium-3 Could Power Earth" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2011-07-21. Retrieved 2010-10-03.
  2. ^ "2001년 실현: 우주 오디세이: 파일럿 구형 토러스 핵융합 추진" 크레이그 H. 윌리엄스, 레너드 A.더진스키, 스탠리 KBorowski 및 Albert J. Juhasz, NASA TM-2005-213559, 2005, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20050160960_2005161052.pdf
  3. ^ C.D.의 "관성 핵융합 추진에 의한 행성간 우주 운송"Orth, UCRL-JC-129239, 이스라엘 Tel-Aviv, 제9회 신흥핵시스템 국제회의, 1998년 6월 28일~7월 2일: 제목으로 보관된 사본(링크)
  4. ^ Rashad Cylar, MSFC/University of Alabama NASA Fellowship Program 2002, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20030093609_2003101283.pdf의 "고급 추진 연구에서의 마그네틱 타깃 퓨전"
  5. ^ "외계 행성 인간 탐사를 위한 우주 비행체의 개념 설계", NASA/TP—2003–21261, 2003년 11월, https://ntrs.nasa.gov/citations/20040010797
  6. ^ "퓨전 우주선 II - 관성 정전기 퓨전을 이용한 빠른 유인 행성간 우주 비행체", J.Weber et al., U-C, University of Illinois, Nuclear, Plasma and Radiological Engineering, 2003, http://fti.neep.wisc.edu/iecworkshop/PDF/TECHNICAL_TALKS/webber.pdf Wayback Machine에서 2012-06-17 아카이브 완료
  7. ^ Ligon, Tom (December 1998). "The World's Simplest Fusion Reactor: And How to Make It Work". Analog Science Fiction & Fact. Vol. 118, no. 12. New York. Archived from the original on 2006-06-15.
  8. ^ Lewis, Raymond A; Meyer, Kirby; Smith, Gerald A; Howe, Steven D. "AIMStar: Antimatter Initiated Microfusion For Pre-cursor Interstellar Missions" (PDF). Archived from the original (PDF) on June 16, 2014.
  9. ^ 단기 추진 어플리케이션용 반물질 생산: CS1 유지 보수: 제목으로 복사(링크)

외부 링크