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设计师提出“核动力飞机”构想:“绿色”核聚变提供电力

发布时间:2016-7-15 10:31    来自: 新浪科技

闪光猎鹰将能携带250名乘客,以3倍音速飞行。

由于安装了可移动式引擎,闪光猎鹰可以像直升机一样垂直起飞和降落。

  新浪科技讯 北京时间715日消息,据国外媒体报道,有这么一架飞机,只需三个小时便能把你从伦敦送到纽约。虽然时速高达每小时2300英里(约合3680公里),大西洋在你下方倏忽而过,但旅行体验依然舒适,头等舱甚至算得上奢侈。

  这架飞机名叫闪光猎鹰,看上去就像视频游戏《光晕》(Halo)中的宇宙飞船一样。它可以填补上超音速协和式飞机自2003年退役以来的空缺。不过,目前原型机还没有制造出来,这款飞机的设计还仅存在于西班牙设计师奥斯卡·维纳尔斯(Oscar Vinals)的想象之中。2014年,他还为BBC未来Future)频道设计了一款鲸鱼形状的巨型客机。

  按照维纳尔斯的设想,闪光猎鹰将能携带250名乘客,飞行时速为3马赫,机身长度比协和式飞机长130英尺(约合39米),翼展更是协和式飞机的两倍。飞机引擎甚至可以倾斜20度,以便让飞机像直升机一样垂直起飞和降落。

  闪光猎鹰的核心部位更采用了革命性的设计:飞机中安装了一个核聚变反应堆,利用核能为六台电动发动机提供飞行动力。 我认为核聚变会成为未来获取大量电力的最佳来源,维纳尔斯说道,同时它还很绿色,不会产生危险的废弃物。

  如今,我们已经对核聚变的原理有了清楚的认识,而且有很多这方面的研究,比如托卡马特核聚变装置(Tokamak)、国际热核聚变反应堆项目(Iter)、还有仿星器(Stellarator)等。我相信在接下来的五到七年之内,我们就能建成第一座稳定的、可用于生产的核聚变反应堆了。

  不管我们短期内究竟能否找到价格低廉、储量巨大的能源,维纳尔斯的设想重新唤起了飞机设计师们自上世纪50年代以来就有的梦想——把核反应堆安装到飞机上。

  核裂变反应堆的发明不仅为千家万户带来了低廉的能源,也对船只做出了贡献。上世纪50年代,首批可以安装在船上的小型反应堆开始投入使用。而仅仅过了几年时间,它们的体积便进一步缩小,在潜水艇上也找到了自己的用武之地。

  上世纪50年代是航空器设计的黄金时代之一,科技取得了巨大进步,不仅推动了战后世界的商用飞机市场发展,还在冷战中发挥了自己的作用。随着美苏之间的紧张局势不断加剧,美国希望能进一步增加远程核轰炸机的飞行距离,以增加自己领空的防御能力。

  从理论上来说,核反应堆一次可以在空中待上数月之久——只要你的飞机够大,机组人员可以轮流值班就行。但英国航空航天技术研究所的西蒙·威克斯(Simon Weeks)指出,在飞机上安装核裂变反应堆会带来一系列的问题。你不仅需要一个闭环系统(即能够重新利用废弃燃料的反应堆),还需要大量的防护材料。核裂变会产生大量中子,而中子会对人体造成很大的伤害。威克斯说道。

图为美国空军正在观看安装了核反应堆的B-36轰炸机。

B-36轰炸机单独执行过几十次飞行任务,但核反应堆从未真正在飞行时为其提供动力。

  西方唯一的核能飞行器是50年代早期的一架经过改造的B-36轰炸机。这架飞机本就体积巨大,为了挡住辐射,它又额外增加了11吨的重量。虽然它飞行了47次,但上面装载的核反应堆仅在测试时得到了使用,并未真的用来为飞机提供动力。

  核裂变飞机存在的巨大风险阻碍了它的进一步发展。虽然军人们可能会依从指令,驾驶核能飞机,但乘客们似乎不会愿意坐在离核反应堆仅几米之遥的地方。核能商用机目前仍然仅存在于艺术家的想象之中,也许要再过50100年才能变为现实。

  不过,维纳尔斯的概念机并不是靠核裂变供能的。人们常常将核能视为危险的东西,但核聚变并不危险。核聚变并不会像核裂变那样,形成链式反应,而是将两个或两个以上的原子合成一个更大的原子,在创造更多能量的同时,还不会产生任何污染物。

  虽然核聚变目前从技术上来说还难以实现,但维纳尔斯并未被此吓倒。像闪光猎鹰这样的理念不需要受到现今科技的限制,因为这些理念的一部分作用便是让我们想象,利用我们尚未掌握的科技设计出的产品会是什么样子。

美国的XB-70轰炸机将成为又一架用于核试验的轰炸机。

美国的XB-70轰炸机将成为又一架用于核试验的轰炸机。

  不过,我们离核聚变还有一定距离。我们还要至少50年才能实现核聚变。威克斯说道。例如,核聚变反应堆目前还在试验阶段。国际热核聚变反应堆此前正在法国建设之中,还需要10年左右才能激活。就算这样的反应堆可以投入实际使用,能够产生和预期一样便宜、干净的能源,还会有一系列问题需要解决。

  等到那时,我们的挑战将会是如何缩小反应堆的体积和重量。威克斯说道,上世纪40年代至80年代,核裂变技术取得了巨大、相对较快的进展。而从50年代开始,我们就一直在研究核聚变,到目前为止还没有造出可以投入实际使用的反应堆,并且还需要2030年才能实现这一点。

  威克斯表示,制造一台可以为飞行器(比如像维尔纳斯设计的超音速飞机)功能的便携式核聚变反应堆要比制造三倍音速飞行的客机困难得多。人们对代用燃料寄予厚望,例如,喷气机引擎使用的航空煤油就是一种有着多种用途的推进剂。它是一种制造其它能源的绝佳媒介。它的能量密度很高,易于控制,而且在多种温度条件下都有出色的表现。威克斯说道。

  它不仅能用作燃料,还能当作冷却剂、润滑剂、甚至液压用油等等。气候变化或许是为航空器寻找代用燃料的重要原因,但为使飞机高速飞行所需的能量极为巨大。像阳光动力号太阳能飞机上安装的那种电池产生的能量仅仅为同等重量的煤油的20分之一。

  也许在下一个世纪里,核聚变飞行器依然难以实现。威克斯认为,我们更有可能采用混合供能的方式。例如,我们采用的推进器也可以帮着制造能量,然后将这些能量储存起来,用于飞机的起飞。

  就今天的技术而言,闪光猎鹰一时还难以实现。但纵观整段航空史,有太多的成就都是一度被视为不可能实现的。也许有一天,核聚变也会成为这些成就中的一员。(叶子)

 

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