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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

“闪光猎鹰”将能携带250名乘客,以3倍音速飞行。“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。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

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的“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。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。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50或100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。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20或30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。

文   新浪科技

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