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英国用AI开发革命性核聚变火箭可100天到火星2年到土星!

  • 产品概述

  核聚变的突破可能真的就差一层纸了,英国一家私营公司脉冲星聚变(Pulsar Fusion)已开始研发一种核聚变火箭,可以让飞船在100天之内到达火星,2年到达土星轨道,比现有火箭节约一半以上的时间。

  可能是看到了某种希望,或者是核聚变的纸已近一捅就穿,全球已掀起了核聚变开发和投资的热潮。继美国国家点火装置革命性地第一次点燃受控氢聚变,获得输出大于输入的净能量收益后,各种核聚变装置的研究都加快了速度。OpenAI创始人山姆·奥特曼投资的一家私营企业Helion公司,已和微软签订对赌协议,承诺2028年开始向微软供应核聚变电,否则将受到处罚。

  脉冲星聚变是一家初创公司,位于英国牛津郡,已经设计了两种火箭发动机,从去年开始,他们已投入一种叫直接聚变驱动(DFD)的火箭发动机开发,希望在2024年对原型机进行静态测试,并在2027年进行轨道测试。

  直接聚变驱动火箭发动机是一种革命性的核聚变火箭发动机,利用核聚变反应产生巨大的能量,并将这些能量转化为推力和电力。

  DFD基于普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的反向场配置(PFRC)实验项目,该项目由塞缪尔·科恩教授于2002年发明,并在PPPL进行了多年的模拟和测试,目前已进入了第二代装置PFRC-2的阶段。

  这是一台能够产生稳定、长脉冲、低s参数的FRC等离子体的实验装置,直径约为2米,长约10米,是目前世界上最先进的FRC实验装置之一。PFRC-2已经成功地验证了奇对称旋转磁场加热方法的可行性,并且创造了FRC等离子体维持的时间的世界纪录。

  所谓反向场配置是一种特殊的等离子体配置,可以在等离子体内部形成环形电流,产生一个沿轴线方向反向的磁场,从而抵消外部施加的磁场,使得等离子体中心形成一个磁场为零的区域。这样,等离子体就可以在一个紧凑而稳定的环形结构中保持高温高密度,有利于核聚变反应的发生。

  脉冲星聚变使用一种创新的方法来驱动和加热FRC等离子体,这就是奇对称旋转磁场(RMF)。这种方法使用一个特殊设计的无线电频率(RF)天线来产生一个沿着轴线方向交替改变方向的旋转磁场,这个磁场可以在不改变等离子体整体拓扑结构的情况下,在等离子体内部激发出电流和温度,达到足以引发核聚变反应所需的温度和密度。

  直接聚变驱动火箭发动机使用氘和氦3作为燃料,不但可以利用核聚变反应产生巨大的能量,还可以将这些能量转化为推力和电力。

  等离子体中产生的辐射能首先被捕获并转化为电力,用来维持等离子体的温度、激活磁场线圈、充电电池、进行通信和姿态控制等。然后在等离子体边缘注入一些推进剂,被等离子体加热后通过一个磁性喷嘴加速排出,形成一个高速的尾流,从而产生推力。这种推力能够根据需要调节大小和方向,使得飞船可以在太空中灵活地转向和变轨。

  直接聚变驱动火箭发动机的优点显而易见,它可以大大缩短太空旅行的时间,比如从地球到火星只需要100天左右,从地球到土星只需要两年左右,到冥王星也只需要4年,而使用化学火箭则需要8个月和几十年的时间。它还可以提供足够的电力和推力,使得飞船可以在不同的行星和卫星之间进行更灵活的转移,比如在火星轨道上部署一个空间站,或者在土星的卫星泰坦上进行探测。

  直接聚变驱动火箭发动机使用的燃料氘-氦3混合物不仅容易获取,而且几乎不会产生中子辐射,从而降低了对飞船和人员的保护需求。

  目前脉冲星聚变正与普林斯顿大学、剑桥大学、牛津大学等多个机构合作,利用最先进的人工智能(AI)机器学习来分析和预测PFRC-2等离子体的数据,以解决控制和维持高温高密度等离子体的挑战。

  这是因为等离子体是一种非常复杂和难以预测的物质,它像一个天气系统一样受到很多因素的影响,传统的物理模型往往无法准确地描述等离子体的行为和特性,而人工智能机器学习则可通过大量的实验数据来训练和优化数学模型,从而提高对等离子体的理解和控制。

  如果一切顺利,脉冲星聚变有可能是在未来十年内建造出第一台直接聚变驱动火箭发动机,并且将其应用于各种太空任务中。这将是人类太空探索史上的一个重大突破,也将为人类开辟一条更快、更强、更清洁的太空之路。

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