我们如何走出太阳系?目前的技术根本无法支持这种类型的旅行。然而，在接受采访时，莱顿大学莱顿高级计算机科学研究所(LIACS)助理教授、瑞士量子技术开发商Terra quantum AG董事会成员弗洛里安·纽卡特(Florian Neukart)提出，一项正在开发的技术可能会让我们的星际旅行成为现实:磁聚变等离子体驱动(MFPDs)。

MFPDs，也被称为聚变推进系统，是主要为潜在的未来空间探索和行星间的星际旅行而研究和开发的概念和技术。与传统化学火箭相比，这些推进系统有望拥有更高的能量密度和效率，因为它们基于核聚变，与为太阳和恒星提供动力的机制相同。对于遥远行星的探险，甚至是星际旅行，聚变发动机可以提供快速有效的推进。

人类需要什么才能在有生之年前往最近的恒星系统？

月球任务、火星任务、外太阳系机器人探险者、最近恒星的任务，甚至可能是追赶穿过我们系统的星际物体的航天器。如果您认为这听起来像是对即将到来的太空探索时代的描述，那么您是对的。

目前，有多个任务计划和建议，将宇航员和/或探测器发送到所有这些目的地，以进行一些有史以来最赚钱的科学研究。当然，这些任务提出了各种挑战，其中最重要的是推进力。

简而言之，人类正在达到传统（化学）推进力的极限。为了向火星和其他深空目的地发送任务，需要先进的推进技术来提供高加速度 (delta-v)、比冲量 (Isp) 和燃油效率。

在最近的一篇论文中，莱顿教授弗洛里安·纽卡特 (Florian Neukart) 提出了未来的任务如何依赖一种称为磁聚变等离子驱动器 (MFPD) 的新型推进概念。该装置结合了不同推进方法的各个方面，创建了一个系统，该系统可提供比传统方法高得多的能量密度和燃油效率。论文发表在预印本服务器 arXiv 上。

他的论文的预印本正在接受审查以供出版。 Neukart 认为，能够超越传统化学推进（CCP）的技术在当今的太空探索时代至关重要。特别是，这些技术必须为长期任务提供更高的能源效率、推力和能力。

这些概念被认为是实现数十年星际旅行的潜在手段

正如之前的文章《前往最近的恒星需要多长时间？》中指出的那样，这些概念也被认为是实现数十年星际旅行的潜在手段。

它们包括电力或离子推进等节能概念，利用电磁场电离惰性推进剂（如氙气）并通过喷嘴加速以产生推力。然而，这些概念通常产生较低的推力，并且必须依靠重型动力源（太阳能电池阵列或核反应堆）来产生更多的推力。

太阳帆是另一种选择，它可以产生连续加速度，同时不需要推进剂（从而节省质量）。然而，配备这项技术的任务在推力方面受到限制，并且必须在靠近太阳的地方运行。这个想法的一个转变是利用吉瓦能量（GWe）激光阵列将配备帆的航天器加速到相对论速度（光速的一小部分）。然而，这个概念需要昂贵的基础设施和大量的电力才能实现。

另一个流行的概念是核热推进（NTP），美国国家航空航天局（NASA）和美国国防部高级研究计划局（DARPA）目前正在以敏捷地月操作演示火箭（DRACO）的形式开发该概念。这种方法依靠核反应堆来加热推进剂（如液氢），使其通过喷嘴膨胀以产生推力。 NTP 的优点包括非常高的能量密度和显着的加速度，但它也带来了涉及核材料处理和发射的众多技术和安全挑战。

还有一些利用聚变反应的推进概念，例如氘-氚（D-T）和氘-氢三（D-He3）反应，理论科学家们已经研究了几十年。这些方法提供了高推力和极高比冲的潜力，但也提出了技术挑战，其中最重要的是与处理必要的燃料和实现持续和受控的聚变反应有关。

还有一些更奇特的概念，例如反物质推进和阿尔库别雷曲速引擎，但在可预见的未来，这些都不会可用。

磁聚变等离子体驱动(MFPDs)，它是如何工作的？

Nuekart 在他的文章中保证，MFPD 打算利用核聚变的巨大能量潜力与磁约束等离子体相结合来产生推力。研究人员首先研究了广泛研究和理解的氘-氚 (DT) 聚变反应，并继续在相对较低的点火温度和比其他系统更大的横截面下进行 DT 反应。

研究人员解释说：“聚变反应产生的等离子体受到磁场的限制和操纵，这保证了受控的能量释放和方向性。”“同时，MFPD概念考虑了将部分聚变能转化为电能以维持机载系统的可能性。”可能还有航天器的反应控制系统。”

Nuekart 解释说，MFPD 的最终目标是利用非中子聚变，与大多数研究的核聚变反应不同，非中子聚变传输的中子释放的能量非常少。中子反应以带电粒子(通常是质子或α粒子)的形式释放能量，显着降低产生的中子辐射水平，并将高动量与单一能源的巨大能量密度结合起来。

该系统的优点显而易见，结合了高比冲和巨大的能量密度，并从单一能源提供推力和功率。诺克特说，其他好处包括：

高比冲：MFPD 可以提供高比冲，为航天器提供显着的速度变化 (delta-v)，从而便利遥远天体的任务。

能量密集燃料：聚变燃料，如氢同位素，能量密度极高，可以在不需要大量推进剂的情况下实现延长的任务。

较低的质量分数：航天器可以设计成专用于燃料储存的较低质量分数，为科学仪器或附加技术提供更多的质量分配。

双重用途：MFPD 不仅仅是一个推进系统；它还是一个推进系统。它还预计为航天器的系统和仪器提供电力，这对于长期任务至关重要。

适应性：调整推力和比冲量的潜力，为不同的任务阶段提供多功能性，例如加速、巡航和减速。

减少旅行时间：更高的连续推力的潜力可能会显着减少到遥远目的地的运输时间，从而减轻与宇宙辐射暴露和机上资源管理相关的风险。

辐射屏蔽：虽然具有挑战性，但可以利用等离子体和磁场设计固有的磁性和物理结构，为航天器和机组人员提供一定程度的辐射屏蔽。

不受太阳距离影响：与太阳帆或太阳能电力推进不同，MFPD 不依赖于与太阳的距离；因此，它对于进入太阳系外及更远的地方的任务是可行的。

核污染风险最小化：与核热或裂变电概念相比，MFPD 的设计可以最大限度地减少放射性污染的风险，因为聚变通常需要较少的放射性材料，并且可能允许更安全的反应堆关闭。

从理论到空间，还需要多远？

Nuekart 表示，MFPD 推进的主要挑战在于在太空中实现和维持稳定的聚变关系。他说，磁约束聚变和惯性约束聚变所取得的成功不必在特殊的空间条件下以同样的方式复制。

已经有一些项目正在进行中，旨在研究这一点，例如来自五角大楼高级研究部门 DARPA 的DRACO 演示器，该项目希望将实验性核热火箭送入轨道。美国宇航局还押注于新的太空核推进系统，使他们能够缩短火星和太阳系其他地点任务的总时间。

但美国人并不是这项技术的唯一支持者。世界各地的航天机构也在研究替代的推进形式。例如，我们的欧洲航天局近十年来一直在进行一个项目，旨在开发开放式聚变太空发动机。当然，中国已经表示正在努力在 2050 年之前部署一支核舰船队。

研究人员表示：“不可否认的是，实现 MFPD 概念的过程将充满科学挑战和障碍，但潜在的好处是巨大的。” “实现可靠、有效和高效的聚变推进可以重新定义可实现目标的极限，推动人类进入探索、发现和理解宇宙的新时代。希望这项研究能在全世界的科学家、工程师和探险家中播下好奇、创新和决心的种子，为我们在星际中的未来指明方向。

文章来源： 中国核电网,今日宇宙，湖辣