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卷一太空航行導論 第六節 三種推進形式系統的比較

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    關于各式推進系統的簡單介紹到此為止,接下來則來探討各種推進系統的可能運作情況。就第一類推進系統而言,化學火箭仍會是短時間內主要動力源之一,即使核能火箭開始運作,初期仍是要靠化學火箭來作地球表面至繞地軌道間的舉升運載。但就行星間太空航行而言,化學火箭十分不經濟,因此將會很快的被更佳的系統取代。

    核分裂電推力火箭技術難度與受控核融合火箭相比并不高,同時此類核電動力系統已累積大量的運轉經驗,因此有可能在短中期內成為主流,而核分裂的熱推力火箭目前則是卡在環保問題以及政治問題上。實際上若是沒有政治因素的影響,這類系統現今應該已經發展成熟并大量運用中。但既然已經拖延到現在,則可能會還沒正式上臺便結束其生涯。因先進的核分裂熱推力系統之概念(氣態核心爐)與核融合系統相當類似,同時核融合系統的能量效率又遠較其為高,而構造簡單的核融合脈沖推進系統又是可以立即上馬,又沒有核分裂系統的污染及輻射屏蔽問題,因而完全可以輕易擊敗核分裂熱推力系統。再加上核分裂系統所用的燃料鈾與鈽等價格又較貴(藏量較少之故),因此很有可能會直接跳過核分裂熱動力系統直接使用核融合脈沖推進系統。

    至于受控核融合推進系統則由于受控核融合尚未發展完成,同時即使發展完成,想成熟到能夠裝備至太空船上仍須一段時間,因此中期仍然應以核融合脈沖推進系統為主。不過長期下來,受控核融合系統仍然會成為主流,這是因為其比沖值較高的緣故。再者受控核融合的發展同時還有提供太空飛行以外一般能源的目的。

    核融合脈沖噴射則是為了太空飛行而發展的方法,并不適合用于作為供應一般能源的發電使用。目前受控核融合雖然也有以雷射爆縮的慣性拘束研究,但用在發電上系統的復雜度將不下于托卡馬克的磁場電漿拘束系統,且輸出功率也會較低。目前的雷射爆縮研究目的與其說是為了用來發電作為能源供應,不如說為了軍事用途的核爆研究。

    不過即使是受控核融合系統普及之后,核融合脈沖推進仍然會以其極為簡單的結構,相當大的推力與較低的系統故障率與價格而能占一席之地。特別是中小型的太空船就很可能會選擇使用脈沖推進系統來作為推力源。象是百噸級或是千噸級的區間聯系船,小型人員運輸船,中型探測船或是區間太空戰斗機,甚至是大型飛彈等都很可能都會使用此類系統。至于星際沖壓噴射系統,則除了超長程恒星探測船外沒有其它的市場,因而其進一步研究發展可能要再拖下去了。

    而第三種推進形式的的光壓與磁壓推進系統則具有極<!--中间广告位置-->大的潛力,關鍵乃是在于價格方面。比如前文舉的太陽光壓系統一光秒距離加速的例子與核分裂動力火箭相比,兩者間的巨大區別是火箭系統可能僅在幾分鐘內便可達到此一最高速度,但需要支出龐大的燃料成本,就核分裂引擎的標準太空船而言是一千噸富鈾的價格,推進系統本身的造價尚未計算在內。而光帆系統則需要加速九天半,但是一毛燃料費用都不用花,只要太陽不熄滅就成。

    而光帆本體的價格則很便宜,從金屬薄膜,凱夫勒纖維鍍金屬甚至網狀材質等都有,總之能比一千噸的富鈾貴的材料似乎并不多。再者核分裂火箭的這一千噸富鈾(或者是核融合火箭的氦三或氘)都是會在飛行中消耗掉的。而聚光站與光束發射站都可以重復使用,因此價格可以分攤下來,實際上建造這些系統的成本并不比鈾礦的開采與提煉設施貴多少(運費除外)。

    另外光帆可以重復使用,也可使用一次就丟掉,端視需要而定。換句話說,光帆的消耗性能量主要來自太陽,而這價格極低,其它推進系統的消耗性燃料在這方面無法與之競爭。但光帆系統的航道與機動遠不及火箭系統,因此在行星間航行與輸送中光帆系統將會是主要的「輔助動力源」。也就是同時裝備火箭系統與光帆,有點象是裝了蒸汽引擎的帆船,或者是裝了帆的蒸汽船之類的。

    雖說是輔助動力,但可能是整個航行中一半以上到90%的能量是由光壓提供。火箭系統僅于緊急時使用,或作為停車靠泊與航道修正時的輔助動力。但有個例外,軍用艦艇不可能以光帆為主要動力,至少在戰爭時不可能,因為光帆系統的航道十分固定容易被預測,且體積,或者說是面積龐大,非常容易被偵知與破壞。因此在戰斗艦艇上應該是以核融合推進為主要動力,另預留搭載光帆系統的硬點支架以于平時的訓練任務中搭載光帆以節省燃料,或者作為出港時艦艇的加力器。

    當然在戰時作為加力器用途的光帆將會在以其增加到一定速度后拋棄。這類一次使用性的光帆可以做的厚一點,在推進時以高功率光束照射以在短時間內獲得最大推力。當然這樣很可能會燒毀光帆,不過既然是一次性使用這就不重要了。所以光帆算是太空戰艦的副油箱,可以增加其巡航半徑與巡航速度。就地球上的類比而言,光壓推進系統相當類似于地球上的鐵道系統或是海運系統。具有廉價大量運輸的特性,但機動性與加速度(并非速度)遠低于汽車與空運體系。另外光帆或是磁帆亦可做為太空船的減速系統,就是光壓煞車或是磁壓煞車。運用這兩種系統來煞車可讓太空船的巡航速度立即提升一倍以上。這在后文將會提及。

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