中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院近日宣布，該院承建的“人造太陽”實(shí)驗(yàn)裝置EAST（全超導(dǎo)托卡馬克裝置東方超環(huán)），獲得超過60秒的穩(wěn)態(tài)高約束模等離子體放電。

為了更快、更遠(yuǎn)地探索宇宙，人類一直對核動(dòng)力飛船傾注心血?？苹檬澜缰校藙?dòng)力飛船與太空探索之間更是淵源頗深。今天我們不妨聊聊核動(dòng)力與太空探索的前世與未來——

“宇宙，人類最后的邊疆?！?957年，在蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星升空后，這句話被寫在美國白宮發(fā)行的宣傳冊上，也永遠(yuǎn)地銘刻在人類的太空冒險(xiǎn)史上，它代表了人類無窮的想象力和不倦的探索精神。它還被經(jīng)典科幻影片《星際迷航》用作片頭臺詞，后者將開疆拓土、敢于冒險(xiǎn)的美國西部牛仔精神譜寫成了一部氣勢恢宏的太空史詩：“這是星艦‘企業(yè)號’的航程。它繼續(xù)的任務(wù)，是去探索未知的新世界，找尋新的生命和新的文明，勇敢地航向前人所未至的領(lǐng)域?！?/p>

目前為止，人類仍基本借助化學(xué)燃料來發(fā)射太空探測器，由于助力太小，最后往往必須利用行星的引力來加速。這無疑限制了飛行航線，也面臨耗時(shí)長、外部牽制過多等不利因素。因此，上個(gè)世紀(jì)以來，核動(dòng)力成為新能源的熱門備選項(xiàng)。實(shí)際上，早在曼哈頓計(jì)劃研制首顆原子彈之前，英國科幻小說家赫伯特·喬治·威爾斯便在1914年出版的小說《解放世界》中，首次預(yù)言了核武器戰(zhàn)爭。此后，隨著對核能研究的進(jìn)一步深入，尤其在1938年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了核裂變的秘密后，核動(dòng)力便與太空探測結(jié)下了不解之緣。

前世：核動(dòng)力實(shí)驗(yàn)的兩座高峰

俄羅斯“航天之父”齊奧爾科夫斯基曾預(yù)言：“一噸重的火箭只要用一小撮鐳，就足以掙斷與太陽系的一切引力聯(lián)系?！鄙鲜兰o(jì)除了“阿波羅登月計(jì)劃”外，最為著名的事件，莫過于利用核彈爆炸產(chǎn)生的沖擊波來推進(jìn)航行的系列實(shí)驗(yàn)，以“獵戶座計(jì)劃”與“代達(dá)羅斯計(jì)劃”為代表。

1955年，美國政府推出一個(gè)宏大的核火箭計(jì)劃即“獵戶座計(jì)劃”。他們設(shè)想把推進(jìn)物和核彈組合在一起，成為一個(gè)脈沖單元，那么在原子彈束，或原子彈簇的集中爆炸后，火箭速度可達(dá)每秒70千米，假設(shè)用它來發(fā)射大型星際飛船，飛到火星就只需要125天，耗時(shí)3年就能飛到土星。這一宏志在當(dāng)時(shí)雄心勃勃的口號中可見一斑：“1965年到達(dá)火星，1970年到達(dá)土星”，而1959年的一次小型飛行實(shí)驗(yàn)也證明了其可行性。然而，核裂變爆炸必將釋放出核輻射塵，過度依賴爆炸性脈沖顯然意味著對環(huán)境的極大污染。因此，在1963年美蘇簽訂禁止大氣層核試驗(yàn)條約之后，“獵戶座計(jì)劃”研究于1965年終止。

時(shí)間軸移行至20世紀(jì)70年代，核聚變的相對環(huán)保性，稍稍解除了核爆帶來的環(huán)境危機(jī)。這使得英國星際學(xué)會得以重新回顧“獵戶座計(jì)劃”，并在1973至1978年之間提出“代達(dá)羅斯計(jì)劃”。該計(jì)劃的推進(jìn)系統(tǒng)是核聚變脈沖火箭，通過火箭內(nèi)部的發(fā)動(dòng)機(jī)，依靠磁場的限制和導(dǎo)向，向核燃料發(fā)射電子束從而產(chǎn)生離子。這將比“獵戶座計(jì)劃”的核裂變更高效、更環(huán)保，據(jù)此，研究者設(shè)想在50年內(nèi)抵達(dá)距離我們6光年之遠(yuǎn)的巴納德星。有意思的是，該計(jì)劃給出了有史以來第一份詳細(xì)的核動(dòng)力飛船設(shè)計(jì)圖，旨在論證其可能性。但與“獵戶座計(jì)劃”的實(shí)踐性品格相反，直到今天，“代達(dá)羅斯計(jì)劃”所需要的大量核心技術(shù)仍止于紙上談兵。但這卻毫不妨礙許多科幻創(chuàng)造者從中受到啟發(fā)。

科幻迷廣為知曉“巴薩德沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)”概念，首次出現(xiàn)在美國科幻大師拉里·尼文的系列科幻小說里，《已知宇宙》《環(huán)形世界》都用這種核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)做為主要驅(qū)力?！度w》中三體第一艦隊(duì)也是使用了巴薩德沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，才能以十分之一光速飛行，而“自然選擇”號飛船也擁有最新一代的無工質(zhì)聚變推進(jìn)系統(tǒng)，利用核聚變產(chǎn)生的輻射反沖前進(jìn)。在《星際迷航》系列影片中，一種名為“巴薩德氫收集器”的裝置作為“正反物質(zhì)推進(jìn)系統(tǒng)”的一部分出現(xiàn)在星艦上，它可以使星艦加速到超光速。經(jīng)典科幻影片如《異形》《機(jī)器人總動(dòng)員》《沖出寧靜號》等，都把核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)作為星際航行的基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)。

未來：“人造太陽”為太空探索加足馬力

核能驅(qū)動(dòng)成為未來太空探測的“常規(guī)”選項(xiàng)，時(shí)間不足百年，但卻經(jīng)歷了前所未有的波折。核動(dòng)力固然高效持久，但在這枚硬幣的另一面，核輻射、核污染則意味著巨大的危險(xiǎn)。

這與核反應(yīng)堆的安全問題不同，在核火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，放射性排氣射流過于強(qiáng)勁，人類不可能在地球上進(jìn)行實(shí)地測試。暫且不論核輻射泄露將對宇航員健康造成的威脅，回顧歷史，因核動(dòng)力衛(wèi)星失靈而導(dǎo)致的核污染事件比比皆是：1978年1月，蘇聯(lián)的“宇宙-954”衛(wèi)星墜落在加拿大，其所攜帶的核反應(yīng)堆裝置的輻射污染波及大約10萬平方公里的土地；1983年，核動(dòng)力的蘇聯(lián)衛(wèi)星“宇宙-1402”墜落在南大西洋；2009年，美國“銥-33”通信衛(wèi)星和已經(jīng)停止工作的核動(dòng)力“宇宙-2251”衛(wèi)星在北西伯利亞上空發(fā)生碰撞，產(chǎn)生了極具危險(xiǎn)性的太空碎片……這些都是未來核動(dòng)力航空器的前車之鑒。

鑒于核動(dòng)力裝置存在巨大安全隱患，曾參與“獵戶座計(jì)劃”的物理學(xué)家弗里曼-戴森深感不安：“一想到我做的事是在現(xiàn)有（放射性）落塵量上增加百分之一，我（對核火箭）的熱情便不由得冷卻下來。”而聯(lián)合國會員大會也在1992年通過了相關(guān)決議，嚴(yán)格限制在外太空使用核動(dòng)力電源。

實(shí)際上，相比較而言，核聚變比核裂變的環(huán)境友好系數(shù)更高，聚變所需材料氘和氚也更為豐富，與太陽帆動(dòng)力飛船相比，核聚變驅(qū)力無異是將“人造太陽”帶在了身上。因此，雖然技術(shù)難度系數(shù)更高，但人們對核聚變動(dòng)力仍持有較大的期望?！度wⅡ》中，首次實(shí)現(xiàn)可控核聚變發(fā)電后，物理學(xué)家丁儀對章北海說：“我早就感覺到托卡馬克方式是一條死路，方向?qū)α?，突破肯定會產(chǎn)生?！?/p>

毋庸置疑，與浩渺無際的太空相比，人類的探索尚處于孩提時(shí)代，但我們屢敗屢戰(zhàn)，表現(xiàn)出堅(jiān)如磐石的信念和巍巍不屈的氣魄。這使人不禁聯(lián)想，在不到百年前的英國，詩人狄蘭·托馬斯在父親病榻前寫下的那句詩：“不要溫和地走入那個(gè)良夜。”詩人怒斥死亡帶走了光明，這一沉思又被鬼才導(dǎo)演克里斯托弗·諾蘭融入影片《星際穿越》中。這句詩反復(fù)被流浪在太空中的人類吟誦，震撼了每一位觀影者。它告訴我們：不僅要瘋狂地抗拒光的湮滅，而且要承擔(dān)起制造光的責(zé)任。而近日國家大科學(xué)工程“人造太陽”實(shí)驗(yàn)裝置EAST所取得的突破性進(jìn)展，無疑邁出了重要一步。