近日，美国航天公司 RocketStar 宣布，成功演示了核聚变推进装置 FireStar Drive。
值得关注的是，FireStar Drive 是世界范围内第一个基于核聚变增强的脉冲等离子体技术，为航天器提供推进能量的系统。
RocketStar 公司创始人兼 CEO 克里斯·克拉多克（Chris Craddock）对媒体表示：“经过一段时间的探索和尝试，我们的初步测试取得了让人兴奋的成果。”
图丨RocketStar 的核聚变推进装置 FireStar Drive（来源：RocketStar 官网）
该装置利用中子核聚变释放的能量，通过将硼引入推进器的喷气中，使电离水蒸气产生的高速质子和硼核碰撞，发生聚变反应，从而显著提升了推进器的性能。
简单来理解该装置中的聚变过程，与喷气发动机中的加力燃烧室类似，当水/硼混合物碰撞时，水分子裂解并释放出高速质子。
当质子和硼原子碰撞后，融合并产生一种十分不稳定的碳分子碳-12（包含 6 个质子和 6 个中子），这是一种十分不稳定的碳分子，它会在短时间内分化为三个 α 粒子。
（来源：RocketStar 官网）
FireStar Drive 具有能量转换效率高、无毒（低安全风险）、易于运输和地面支持、方便添加燃料、低处理成本等多方面的优势。
该技术最初是由来自美国空军创新中心的小企业创新研究计划发现的，已经得到独立验证。RocketStar 公司将推进装置进一步改进，并将推力性能提升了 50%。
“RocketStar 公司不仅逐步改进了推进系统，并且通过应用新颖的概念，在喷气中产生聚变裂变反应，实现了飞跃。这是技术发展的一个激动人心的时刻，我期待着他们未来的创新。”美国新墨西哥大学核工程系教授亚当·赫克特（Adam Hecht）对媒体说道。
FireStarDrive 推进器使用脉冲静电循环，利用水作为推进剂实现各种地球轨道和深空任务，包括推进、改变轨道，以及与其他轨道平台对接等。测试结果表明，水的蒸汽压力和等离子体特性对于它的工作循环尤为关键。
从结构上来看，FireStarDrive 推进器包括：一个包含火花电极的等离子体形成区域和两个喷气口。其中，每个喷气口周围都有加速电极和一个电源，以实现点火和加速动力。
图丨FireStar Drive 示意图（来源：RocketStar 官网）
当蒸汽进入等离子体形成区域并向喷气口膨胀，巴申定律能够确保当电源电压和压力在巴申曲线上对齐时，蒸汽中会产生火花。
高压电极围绕每个喷气口，从等离子体中聚焦和提取正离子和电子。较轻的电子首先离开等离子体，产生推力并形成一个虚拟阴极来吸引剩余的离子。
离子从加速电极和虚拟阴极获得动能，从而增加推力密度，使其超过 Child-Langmuir 极限。离开的离子遇到返回的电子发生中和，由于多个离子种类具有不同的速度，因此对于水蒸气来说呈现为白热化的球体。
在可调电源电压的驱动下，进入气体压力、火花回推和等离子体排放率之间发生共振。
FireStar Drive 采用特定的几何形状来优化这种共振，以最大限度地减少磨损、降低电源复杂性和飞行计算需求。这些推进器使用各种气体产生推力，包括水蒸气、氙、氩、氪、碘和空气等。
从该成果的成功演示也可以看出，随着人类对太空探索及卫星部署需求的不断增长，对于核聚变推进器的渴求也在日益增加。
RocketStar 公司由克拉多克于 2014 年创立，专注于提供先进的航天器引擎技术，包括空中火箭发动机和聚变增强电力推进系统等。
该公司还开发了一套数字信号处理（digital signal processing ，DSP）技术，可实现深空通信、低拦截/探测通信的概率、无源雷达和替代位置、导航和定时等多种功能。
此外，RocketStar 还开发了一种标准化、低成本、可重复使用的火箭，通过为太空旅行提供常规、经济实惠的太空接入路径，有望对未来的太空旅行提供帮助。
与航天领域使用的传统钟形喷管发动机不同，该公司的气锥发动机结合了效率和动力，提供了高于传统火箭发动机 25%-35% 的推力，并且无需额外使用燃料来实现。
据 RocketStar 公开资料，该公司将于 2024 年 7 月和 10 月在美国太空物流和运输服务公司 D-Orbit 专有的 OTV ION 卫星载体上飞行，并执行两次 SpaceX 运输任务，在太空的终极测试中证明它的性能。
此外，FireStar Drive 还将前往发射台，计划于 2025 年 2 月在美国卫星设计和制造公司 Rogue Space System 的 Barry-2 航天器上进行太空测试。
参考资料：
https://rocketstar.nyc/
https://rocketstar.nyc/wp-content/uploads/2024/03/FireStar-Discovery-Release_FINAL-1.pdf
https://www.aerospacetestinginternational.com/news/space/rocketstar-tests-fusion-enhanced-in-space-propulsion-process.html
https://hardware.slashdot.org/story/24/03/22/2029229/worlds-first-nuclear-fusion-powered-electric-propulsion-drive-unveiled
https://newatlas.com/space/fusion-drive-space-engine/
支持：邹名之
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