以三倍音速飞行的核动力客机!航空史的又一神来之笔?

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2016-07-17 19:44 来源:澎湃新闻

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试想一下,一架搭载核聚变发动机的超音速客机能以三倍于音速飞行。我们带你走近核动力客机,探寻个中奥秘:搭上飞机,从伦敦希思罗机场起飞,三小时后便能让你踏上纽约的约翰肯尼迪机场的天桥;旅途舒适,头等舱体验更佳,以每小时3680公里的速度,飞机将大西洋远远甩在身后。
这架闪电猎鹰(Flash Falcon),看上去像极了系列游戏《光环》当中的太空飞船。它的出现,能够填补2003年协和式飞机退役后留下的超音速客机空白。
遗憾的是,这还未成为现实,设计目前只存在于西班牙设计师奥斯卡•芬诺斯(Oscar Vinals)的脑海中,还没有原型机下线。芬诺斯的概念图中的闪电猎鹰能够搭载250名乘客以三马赫的速度航行。机身总长度超过130英尺(39米),超过协和式飞机,翼展是协和式的两倍。它的引擎可以有20度的旋转,使得飞机能够像直升机一般起降。
更具颠覆性的设计是,闪电猎鹰将是核能驱动。该机搭载核聚变反应堆,推动6个发动机协同运作。
这架巨型客机将能搭载250名乘客以三倍音速飞行。 Oscar Vinals 图
奥斯卡•芬诺斯告诉BBC《未来》,他认为,核聚变将是未来最好的清洁能源,提供大量电力的同时,还是清洁能源,不会产生有害物质。“现如今,我们对核聚变的工作原理已经了然于心,很多研究核聚变的项目,如托卡马克(Tokamak)、国际热核聚变实验反应堆(InternationalThermonuclear Experimental Reactor,缩写为ITER)以及仿星器(Stellarator)。乐观估计,在未来的五至七年内,人类将能够制造运行稳定产能达标的核聚变反应堆。”
期待已久的廉价清洁能源是否会在如此短的时间悄无声息地出现?尚不得而知。不过,芬诺斯的概念设计复苏了自1950年以来飞机工程师内心深处的一个梦,那就是如何将核反应堆塞进飞机里。
借助可旋转发动机闪电猎鹰能够如直升机般垂直起降。 Oscar Vinals 图
上世纪50年代,人类制造出第一代足够小巧的核反应堆,能够塞进船舱。在随后的几年,体积更小的核反应堆已被用来驱动潜水艇。当时可谓是航天飞机设计的黄金时代。科技大踏步前进,给战后世界带来了蓬勃发展的航天业的同时,也催生了冷战。伴随着当时日益紧张的美苏局势,美国积极寻求一种能够长时间巡航的核弹头轰炸机,久久盘旋在领土上空,以降低飞行核弹载体对机场跑道的依赖。
美国空军考虑将B-36轰炸机改造成核动力。 Getty Images 图
上世纪50年代初期,首架核动力飞机是由B36轰炸机进行重度改装而来。工程师们在这架本已巨大无比的大飞机上加装了11吨的防护罩以隔离核辐射。尽管这架名为NB-36H的飞机进行了47次试飞,但是只尝试了一次在空中运行反应堆的实验,从来没有用核动力驱动过飞机起飞。
理论上来说,只要飞机足够大,搭载的机组成员能够轮流值守,核反应堆确实能够让飞机持续巡航好几个月。但是,机载核裂变反应堆面临着若干重大问题。首先,必须让反应堆能够循环使用核废料(类似行波堆原理);其次,飞机必须装备重型防护用以抵挡辐射。
对此,英国航空航天技术研究所(ATI)的西蒙•维克士解释道,“核裂变反应堆的最大问题是必须完全封闭。因为核裂变会释放大量中子,这些中子会对人体造成很大的伤害。”
一架NB-36H(核动力试验机)进行了多次试飞,但是最终没有一架飞机使用核反应堆供能。  美国国防部 图
毫无疑问,搭载核裂变发动机的飞机一旦坠毁后果不堪设想,其潜在的巨大风险使得该项研究一直停滞不前。另外一个比较重要的原因是,士兵会服从命令登上核动力飞机,但让乘客自愿登上一架反应堆就在几米开外的核动力飞机,着实不太可能。
自那时起,核动力飞机就一直停留在艺术家的脑海里,用以描绘50年100年后空中旅行的模样。
然而,芬诺斯构想的飞机并不是由核裂变反应堆驱动的。通常情况下,人们一听到“核能”这个词,就本能地觉得很危险,但核聚变并非核裂变。与核裂变的链式反应不同,核聚变是将两个或多个原子聚变成一个大质量原子,在提供更多能量的同时不会产生有害核废料。
驱动这个庞然大物需要巨大能量。  Oscar Vinals 图
一切看起来很美好,然而,实际上,核聚变离大规模应用还有很长的路要走。在上世纪40年代到80年代,我们见证了大量的核裂变实验,该技术取得了长足进步,但相比之下,核聚变研究之路就坎坷得多。自上世纪50年代起,我们就开始研制核聚变反应堆,然而,至今都没有稳定运行的案例。
原本被寄予厚望的ITER,现状也不容乐观。例如,之前提到的将建于法国的ITER,最理想的原型堆建成期也要到10年后。但即使反应堆运行稳定了,这也只是万里长征第一步,接下来更大的挑战是如何缩小体积,减轻重量。
“核聚变投入生产永远可能还需要50年,"英国航空航天技术研究所的维克士说。“打造一个能够驱动如芬诺斯所设计的超音速飞机的便携核聚变反应堆,是一项巨大的挑战,难度远远超过打造一架能够以三倍音速飞行的飞机。”
美式XB-70是当时另一架准备拿来做核试验的飞机。   Getty Images 图
总而言之,在现有技术条件下,闪电猎鹰想要飞上天,光有野心是不够的。搭载核聚变发动机的飞机估计很难在近期成真,比较现实的解决方案的是混合动力,例如,通过发动机螺旋桨储存能量以便在飞机起飞时提供助力。
可能还需要数十年,我们才能看到类似闪电猎鹰这样的飞机翱翔蓝天。 Oscar Vinals 图
不过话说回来,整部航空史不乏天方夜谭式的神来之笔。或许在未来的某一天,核聚变发动机就会出乎人们意料的画上一笔。
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责任编辑:李跃群澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 澎湃,澎湃新闻,核聚变,客机,英国,ITER,ATI

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