“核動(dòng)力飛機(jī)”構(gòu)想:“綠色”核聚變提供電力

據(jù)國外媒體報(bào)道，有這么一架飛機(jī)，只需三個(gè)小時(shí)便能把你從倫敦送到紐約。雖然時(shí)速高達(dá)每小時(shí)2300英里(約合3680公里)，大西洋在你下方倏忽而過，但旅行體驗(yàn)依然舒適，頭等艙甚至算得上奢侈。

這架飛機(jī)名叫“閃光獵鷹”，看上去就像視頻游戲《光暈》(Halo)中的宇宙飛船一樣。它可以填補(bǔ)上超音速協(xié)和式飛機(jī)自2003年退役以來的空缺。不過，目前原型機(jī)還沒有制造出來，這款飛機(jī)的設(shè)計(jì)還僅存在于西班牙設(shè)計(jì)師奧斯卡·維納爾斯(OscarVinals)的想象之中。2014年，他還為BBC的“未來”(Future)頻道設(shè)計(jì)了一款“鯨魚形狀”的巨型客機(jī)。

按照維納爾斯的設(shè)想，“閃光獵鷹”將能攜帶250名乘客，飛行時(shí)速為3馬赫，機(jī)身長度比協(xié)和式飛機(jī)長130英尺(約合39米)，翼展更是協(xié)和式飛機(jī)的兩倍。飛機(jī)引擎甚至可以傾斜20度，以便讓飛機(jī)像直升機(jī)一樣垂直起飛和降落。

“閃光獵鷹”的核心部位更采用了革命性的設(shè)計(jì)：飛機(jī)中安裝了一個(gè)核聚變反應(yīng)堆，利用核能為六臺(tái)電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供飛行動(dòng)力。“我認(rèn)為核聚變會(huì)成為未來獲取大量電力的最佳來源，”維納爾斯說道，“同時(shí)它還很‘綠色’，不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的廢棄物。”

“如今，我們已經(jīng)對(duì)核聚變的原理有了清楚的認(rèn)識(shí)，而且有很多這方面的研究，比如托卡馬特核聚變裝置(Tokamak)、國際熱核聚變反應(yīng)堆項(xiàng)目(Iter)、還有仿星器(Stellarator)等。我相信在接下來的五到七年之內(nèi)，我們就能建成第一座穩(wěn)定的、可用于生產(chǎn)的核聚變反應(yīng)堆了。”

不管我們短期內(nèi)究竟能否找到價(jià)格低廉、儲(chǔ)量巨大的能源，維納爾斯的設(shè)想重新喚起了飛機(jī)設(shè)計(jì)師們自上世紀(jì)50年代以來就有的夢想——把核反應(yīng)堆安裝到飛機(jī)上。

核裂變反應(yīng)堆的發(fā)明不僅為千家萬戶帶來了低廉的能源，也對(duì)船只做出了貢獻(xiàn)。上世紀(jì)50年代，首批可以安裝在船上的小型反應(yīng)堆開始投入使用。而僅僅過了幾年時(shí)間，它們的體積便進(jìn)一步縮小，在潛水艇上也找到了自己的用武之地。

上世紀(jì)50年代是航空器設(shè)計(jì)的黃金時(shí)代之一，科技取得了巨大進(jìn)步，不僅推動(dòng)了戰(zhàn)后世界的商用飛機(jī)市場發(fā)展，還在冷戰(zhàn)中發(fā)揮了自己的作用。隨著美蘇之間的緊張局勢不斷加劇，美國希望能進(jìn)一步增加遠(yuǎn)程核轟炸機(jī)的飛行距離，以增加自己領(lǐng)空的防御能力。

從理論上來說，核反應(yīng)堆一次可以在空中待上數(shù)月之久——只要你的飛機(jī)夠大，機(jī)組人員可以輪流值班就行。但英國航空航天技術(shù)研究所的西蒙·威克斯(SimonWeeks)指出，在飛機(jī)上安裝核裂變反應(yīng)堆會(huì)帶來一系列的問題。你不僅需要一個(gè)“閉環(huán)系統(tǒng)”(即能夠重新利用廢棄燃料的反應(yīng)堆)，還需要大量的防護(hù)材料。“核裂變會(huì)產(chǎn)生大量中子，而中子會(huì)對(duì)人體造成很大的傷害。”威克斯說道。

圖為美國空軍正在觀看安裝了核反應(yīng)堆的B-36轟炸機(jī)。

B-36轟炸機(jī)單獨(dú)執(zhí)行過幾十次飛行任務(wù)，但核反應(yīng)堆從未真正在飛行時(shí)為其提供動(dòng)力。

西方唯一的核能飛行器是50年代早期的一架經(jīng)過改造的B-36轟炸機(jī)。這架飛機(jī)本就體積巨大，為了擋住輻射，它又額外增加了11噸的重量。雖然它飛行了47次，但上面裝載的核反應(yīng)堆僅在測試時(shí)得到了使用，并未真的用來為飛機(jī)提供動(dòng)力。

核裂變飛機(jī)存在的巨大風(fēng)險(xiǎn)阻礙了它的進(jìn)一步發(fā)展。雖然軍人們可能會(huì)依從指令，駕駛核能飛機(jī)，但乘客們似乎不會(huì)愿意坐在離核反應(yīng)堆僅幾米之遙的地方。核能商用機(jī)目前仍然僅存在于藝術(shù)家的想象之中，也許要再過50或100年才能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

不過，維納爾斯的概念機(jī)并不是靠核裂變供能的。“人們常常將‘核能’視為危險(xiǎn)的東西，但核聚變并不危險(xiǎn)。”核聚變并不會(huì)像核裂變那樣，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，而是將兩個(gè)或兩個(gè)以上的原子合成一個(gè)更大的原子，在創(chuàng)造更多能量的同時(shí)，還不會(huì)產(chǎn)生任何污染物。

雖然核聚變目前從技術(shù)上來說還難以實(shí)現(xiàn)，但維納爾斯并未被此嚇倒。像“閃光獵鷹”這樣的理念不需要受到現(xiàn)今科技的限制，因?yàn)檫@些理念的一部分作用便是讓我們想象，利用我們尚未掌握的科技設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品會(huì)是什么樣子。

美國的XB-70轟炸機(jī)將成為又一架用于核試驗(yàn)的轟炸機(jī)。

不過，我們離核聚變還有一定距離。“我們還要至少50年才能實(shí)現(xiàn)核聚變。”威克斯說道。例如，核聚變反應(yīng)堆目前還在試驗(yàn)階段。國際熱核聚變反應(yīng)堆此前正在法國建設(shè)之中，還需要10年左右才能激活。就算這樣的反應(yīng)堆可以投入實(shí)際使用，能夠產(chǎn)生和預(yù)期一樣便宜、干凈的能源，還會(huì)有一系列問題需要解決。

“等到那時(shí)，我們的挑戰(zhàn)將會(huì)是如何縮小反應(yīng)堆的體積和重量。”威克斯說道，“上世紀(jì)40年代至80年代，核裂變技術(shù)取得了巨大、相對(duì)較快的進(jìn)展。而從50年代開始，我們就一直在研究核聚變，到目前為止還沒有造出可以投入實(shí)際使用的反應(yīng)堆，并且還需要20或30年才能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。”

威克斯表示，制造一臺(tái)可以為飛行器(比如像維爾納斯設(shè)計(jì)的超音速飛機(jī))功能的便攜式核聚變反應(yīng)堆要比制造三倍音速飛行的客機(jī)困難得多。人們對(duì)代用燃料寄予厚望，例如，噴氣機(jī)引擎使用的航空煤油就是一種有著多種用途的推進(jìn)劑。“它是一種制造其它能源的絕佳媒介。它的能量密度很高，易于控制，而且在多種溫度條件下都有出色的表現(xiàn)。”威克斯說道。

“它不僅能用作燃料，還能當(dāng)作冷卻劑、潤滑劑、甚至液壓用油等等。”氣候變化或許是為航空器尋找代用燃料的重要原因，但為使飛機(jī)高速飛行所需的能量極為巨大。像“陽光動(dòng)力號(hào)”太陽能飛機(jī)上安裝的那種電池產(chǎn)生的能量僅僅為同等重量的煤油的20分之一。

也許在下一個(gè)世紀(jì)里，核聚變飛行器依然難以實(shí)現(xiàn)。威克斯認(rèn)為，我們更有可能采用混合供能的方式。例如，我們采用的推進(jìn)器也可以幫著制造能量，然后將這些能量儲(chǔ)存起來，用于飛機(jī)的起飛。

就今天的技術(shù)而言，“閃光獵鷹”一時(shí)還難以實(shí)現(xiàn)。但縱觀整段航空史，有太多的成就都是一度被視為不可能實(shí)現(xiàn)的。也許有一天，核聚變也會(huì)成為這些成就中的一員。