@ 2015.07.13 , 09:09

波音新专利:激光聚变喷气引擎

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Image: 美国专利商标局

有一种专利是你从上面绝对没法看出提交它的公司是不是正在做专利里说的东西,这个就是其中之一。因为我们可以向你保证,波音没有积极研发一台激光触发聚变喷气发动机。但是,我们看着激动上一下下总无妨吧~!

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这里的基本想法是:你有一个半球状的空腔,有点像火箭发动机工作部位。把一小颗燃料丢进那个空腔,然后用激光打这颗燃料,使它释放出能量,能量推挤空腔的腔壁,使之向前移动。同时,爆炸加热腔壁,这个热量被收集用来驱动激光器。挺牛逼的对吧?这里我们来感受一下专利里的黑科技(我已经编辑掉了那些专利文件里的无用废话):

该激光系统由一个或多个自由电子激光器组成,用于产生脉冲激光束来蒸发氘氚推进剂燃料颗粒。氘和氚被压缩的结果导致该气体混合物达到足够高的温度,引发能量释放…超过“盈亏平衡”…增加整体推力和排气速度…可以提供达100,000~250,000秒的比冲。

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XB-70 Valkyrie, Almost the World’s First Nuclear Aircraft

让我们来很快地过一下这个想法:首先,自由电子激光器是有的,我们有这些东西。它们就像一般的激光器,但使用电子的摇摆来产生光,这是极好的,因为你可以在极大范围上调节一台自由电子激光器的波长,从微波一直到X射线。几乎可以肯定不是巧合的是,波音至少从2009年就开始为船用目的研究这个了,这是因为你没法把所需的电子加速器(加上一大堆放大器)挤到比一艘船小很多(→喷气引擎)的地方里。

现在再看一下用激光在燃料颗粒里引发聚变的想法:我们也正在做这个。在国家点火装置(NIF),他们已经成功地用192束激光融合了氘氚小球,在输入燃料的能量和燃料释放出的能量上达到了盈亏平衡。注意,“输入燃料的能量”只是激光器吃掉的能量的一小□□部分,但在原理上它是成立的。它(还)没能很好地工作,离能够被塞进一台喷气引擎相去甚远(作为比例尺,NIF的燃烧室在最新的《星际迷航》电影里出演了曲速核心和大部分轮机舱),但最终,它在技术上是可行的。

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0:36:22: 斯科特在进取号曲速核心旁边警告柯克把鱼雷带上船的危险,并在被无视后辞职抗议

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1:48:16 冼朴跑过曲速核心冲向垂死的柯克

至于这个假想的激光聚变引擎会产生的比冲,这在效率上完全是个骗猴子玩的香蕉数字。我曾在这篇讲霍尔效应推进器的文章里讨论过冲量是什么,但本质上,它是一个效率度量,而我们曾经建造过(哪怕是原型机)的最高效的发动机也只有不到20,000秒的比冲。所以,这里是提高了整整一个数量级。

所以,这种想法完全脑抽了吗?不是。那它是一般性脑抽吗?也许是。能使像这样的发动机工作的基础技术几乎(着重点是几乎)已经存在了,从这个意义上说它没疯。说它疯了的意思是,等到有人设法使所有这些基础技术能实际工作,用在能运作的引擎环境里,我的猜想是波音或美国专利局已经不存在了。

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Converted B-36 bomber (NB-36H)

在我结束这篇文章前,我必须尽职地指出:在某种形式上,我们在过去已经测试过核动力喷气飞机。机载核动力推进项目从1946年运作到1951年,一架康维尔B-36在机舱里装着一个完全能运作的核反应堆一共飞了89个小时。这个反应堆没连到任何东西(主要是测试屏蔽),但当时的想法是最终一台紧凑型核反应堆可以挂接喷气引擎,用反应堆加热和压缩空气,取代燃烧循环。这样的技术组合从未成功地登上一架飞机(据我们所知),但它的确导致了这个:

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Image: 美国能源部

这是热传递反应堆实验-3,它是一个35兆瓦气冷反应堆挂接到一对通用电气J47涡轮喷气发动机上。发动机总共产生了不到53,000牛顿的推力,并且该系统在地面耐久性试验过程中连续跑了126个小时。上图显示了未屏蔽的反应堆(专门为了塞进飞机而设计成这样),而且如果你现在造访爱达荷国家实验室,还能在它的试验台上看到它。看上去仍然像未来产物,对吧?

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J3. Nuclear-Powered Jet Airplane Engines. Idaho National Engineering Laboratory, Idaho Falls, Idaho. 9 November 1984.

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在NIF拍摄的一个场景

*注:我实际上没有办法知道波音是否真在做这件事情,如果证明我错了我会很高兴。

本文译自 IEEE Spectrum,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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