2024年，似乎是可控核聚变的热门年，各种各样突破的消息不断传来。除了可控核聚变发电站以外，还有一个核聚变飞船值得关注。英国一家公司准备生产一款核聚变发动机，2024年就要做地面试验，2027年就要做在轨试验，这款发动机靠谱吗？英国真能靠核聚变飞船弯道超车吗？我是东城观星，再跟大家聊聊核聚变的话题。
前面我们已经说过几次了，可控核聚变真正用来发电，恐怕短期内难以实现，十年都是保守数字。可是这家英国公司四年内就要把可控核聚变发动机送到太空工作，是不是有点太夸张了啊？
不管是激光核聚变装置，还是磁约束核聚变装置，都是体型非常庞大的大家伙。安装在法国的国际热核聚变实验堆，更是重达2.3万吨，占地面积达到2700多亩。最终能用来稳定发电的核聚变装置，很有可能比这些原型反应堆还要大。这些庞然大物比历史上最大的火箭还要庞大得多，把这些庞然大物送到太空，目前的人类科技是做不到的，两百枚土星五号，才能把2.3万吨的货物送进太空，再考虑上2700多亩的庞大体型，用火箭发射，显然是不现实的。
人类费了九牛二虎之力，都没有在地球上实现长时间稳定的可控核聚变，却要到太空去实现稳定可控核聚变了？这听着都有些夸张吧。那英国公司宣称研发的核聚变发动机是忽悠人的吗？咱们继续分析一下。
据报道，英国公司研发的那款核聚变发动机，长度只有10米，直径只有3.5米，可以说是一个微型的核聚变反应堆。采用的是磁约束核聚变方案，按照传统的磁约束核聚变模型，这么小的体型是不太可能稳定运行的。但是总有聪明人能另辟蹊径，人家设计了一种全新的磁约束核聚变方案。传统的磁约束核聚变，用磁场来控制一个类似甜甜圈的等离子体旋转火环，核聚变发生在火环内部，只有反应堆体积达到一定程度，才能满足稳定发电的要求。核聚变发动机则是用磁场控制等离子体，形成一个类似橄榄球的火球，核聚变发生在火球内部，这种约束方式更有利于反应堆的小型化甚至微型化。
这个橄榄球型的火球，产生核聚变以后，通过电磁辐射来发电，最高能达到MW级别，也就是几百到一千台小型空调的功率。
核聚变发动机推动火箭的方式更加巧妙，并不是把橄榄球型的火球内的火直接向外喷射产生推力，而是往火球表面喷射推进剂，火球直接加热推进剂后，让推进剂向外喷出。这样做的好处是，大大降低了核燃料的浪费问题，所谓的可控核聚变反应效率是非常低的，如果直接喷火的话，绝大多数核燃料没有反应就被喷出去了，这是非常不划算的。使用更便宜的氢气被加热后往外喷，能节省不少成本，也能延长反应堆的工作时间。
这种推进方式其实也叫核热推进，就是利用核能产生的热量直接加热推进剂，产生推力。这种核热推进方式能够同时兼容化学燃料发动机和电推进发动机的优势，带来最佳的推进体验。所谓化学燃料发动机的优势就是推力大、推重比高，缺点是比冲小费燃料。而电推进发动机的优点是比冲大省燃料，缺点是推力小、推重比小。
核热推进可以达到电推进发动机的比冲值，在节省燃料上不次于电推进发动机。同时还能实现大推力，电推进发动机推力往往都是以毫牛为单位，能达到几牛顿就很不错了，而1牛顿的推力，也不过就是在地球上拿起一枚鸡蛋的力气。英国设计的那款核聚变发动机，推力能达到一百牛，这样的推力在太空中还是很有优势的，能够让飞船更快地切换轨道，能选择更近的路线，实现所谓的弯道超车，从而能大大节省路上的时间。比如，英国这款发动机，根据设计参数，可以把从地球飞到火星的时间缩短一半，一百天左右就能到达，甚至可以把从地球飞到土星的时间缩短为五分之一，从原来的十年变成两年。随着技术的不断成熟，核聚变发动机的推力还可以进一步提升。
总之，不管这家英国公司的发动机能不能四年内送进太空，至少他们的发动机从原理上是可行的，也就是说研制一款核聚变发动机并不是天方夜谭。
英国公司核聚变发动机真能四年内飞入太空吗？核聚变反应是人类面对的最暴烈的反应，也是最难控制的反应。从氢弹爆炸到现在，已经七十多年了，核裂变发电站已经发展到了第四代，可是可控核聚变发电站仍然遥遥无期。在地面上控制核聚变都如此困难，跑到太空就容易控制了吗？
虽然从原理上，可控核聚变并不是天方夜谭，但经过多年的实践，人类发现要想实现真正意义上的可控核聚变仍然是困难重重的。在地球上，核聚变装置靠庞大的体型和强大的磁场来控制核燃料，减少极端高温给装置材料带来的伤害，同时还搭配上厚实且耐高温的内壁材料，依然还没有真正做到可以持续反应。
太空中的核反应堆，风险自然更高。一方面体型要小巧很多，相应地高温火球跟内壁材料的距离就会非常近，同时所有飞向太空的东西都要越轻越好，这跟耐高温防护材料的特性是矛盾的，如何做好热防护，在太空显然比在地球上更困难。
核聚变反应必然会产生需要丢弃的氦，也叫氦灰，这个氦灰积攒起来会严重影响核聚变反应。地面上磁约束核聚变是甜甜圈式的火环，能够较为轻松地把氦灰给甩出去，还能回收不该丢弃的核燃料。但在太空中那种橄榄球一样的火球，排除氦灰显然要费事很多，而且回收核燃料并不太现实，必然造成核燃料的浪费，谁家发动机更厉害，关键看谁家发动机燃料利用率更高了。
还有就是，这种太空核聚变，并不能像其他火箭发动机那样，随时熄火随时点火。核聚变点火需要极高的电量，这些电量从哪里来，储存在哪里，都不是随便就能轻松解决的，需要反复论证。核聚变点火以后，就不用担心电能不足了。但熄火以后，能不能储存足够的电量供下一次点火，那非常关键。同时，一旦熄火，火球里面的核燃料恐怕很难回收回来，只能直接排掉，带来巨量的浪费。熄火一两次，恐怕核燃料就被浪费差不多了。如果这些问题不解决好，核聚变发动机就只能无休止地工作，不能中途熄火，一旦熄火就只能报废。恐怕很难像科幻作品中那样，中途随时停火检修一下发动机。绝大多数核聚变发动机恐怕都是一次点火就会干到报废的。
还有一点困难需要提一下，英国这款发动机核燃料选择氘和氦3，更加清洁，不产生中子，副作用小。但点火温度会比氘和氚的燃烧高很多，氘氚燃烧都需要一到两亿摄氏度的温度来点火，氘和氦3点火温度应该是这个温度的好几倍。不仅需要更高的电量来点火和维持反应，更需要对发动机内部材料进行加固和保护，否则发动机寿命会大大受影响。
分析完这些困难，我们可以预料，核聚变发动机即使能研发成功，能在太空工作，恐怕寿命也不会太长，往往都是一次性工作的，用到无人探测器上还可以，用到载人深空探测，恐怕风险是很高的。短时间内坐着核聚变飞船飞出太阳系寻找新家园是不太可能的。
至于英国公司能不能在四年内实现太空试验，我个人也抱谨慎乐观的态度。你认为2027年我们能见证第一个核聚变发动机飞入太空工作吗？请在评论区讨论一下。
我是东城观星，关注我，定期给大家讲点高科技的知识。
