[科普中国]-核动力飞机技术积累成熟 为何至今未列装部队？

当前，舰船和航天已有装备采用核反应堆作为主要动力来源。而航空工业却在绝大多数情况下仍然使用化学燃料。根据目前现役机型测算，为了使航空器获得较长的滞空时间，燃料占航空器总重量已经超过30%，极大限制了航空器应有的性能水平发挥。

与传统化石燃料相比，核动力装置不仅拥有理论上几乎无限的续航能力，而且工作时不需要氧气参与，因此不会受到气压制约，为研制地球内全域到达的航空器提供了原理支撑。也正是基于核动力不需要氧气的原理，核动力飞行器可以在任何有大气的环境中工作。因为许多行星表面都拥有不同浓度的大气层，所以如果我们今天开始加大对核动力飞行器的研制投入，那么中国在未来将成为地外行星探测器领域的行业领军者。

▲从美国NB-36H型核动力试验飞机上，可以看出在20世纪50年代，美苏对于核动力飞机的研究都集中在核反应堆为涡桨发动机提供动力阶段。

核动力飞行器虽然至今仍未被采用，但理论技术积累却十分成熟。早在20世纪40年代，航空技术领先的国家就已经开始了在航空领域采用核动力的可行性研究。1942年，美国曼哈顿计划当中，美国空军提出了研制拥有几乎无限续航能力的轰炸机与运输机，“核能飞机发动机计划”由于当时无法全面掌握核反应堆的工作状态，再加上科研管理方式的落后，这项计划在1961年被终止。同时期，主要技术强国争先开展核聚变受控研究，苏联曾尝试过使用小型核反应堆推进4台涡桨发动机的设计方案，虽然飞机试飞成功，但由于防辐射屏蔽层的体积过大，项目最终下马。因此21世纪前，如何提升设计的紧凑性降低核动力防辐射屏蔽装置的质量尺寸，成为核动力飞行器研究的主要方向。

进入21世纪后，为了将核聚变反应堆尽快推广使用，核反应堆的约束技术主要分为两个研究方向，即磁约束和惯性约束两条技术主线。

磁约束也被叫做持续性聚变，是将核燃料变成数百万度的高温等离子浆，并用特殊形态强磁场，将等离子体约束在有限空间引发核聚变，释放巨大能量，用于发电或动力推进，目前世界上最先进的技术还停留在台架试验，仅为验证原理的可行性，还没有进入工程设计阶段。

▲亚洲某核能技术强国研制的相关设备

惯性约束聚变又被称作脉冲性聚变，利用激光或者粒子束来照射并压缩含氢的同位素氘氚混合材料的靶丸，生成比磁约束聚变时密度要高1万亿倍的离子浆，从而产生聚变。由于这种反应时间非常快,无须强磁场束缚。但目前这项技术只能在面积约为2个足球场大小的实验室内进行原理论证，远没有到工程样机阶段。

随着受控核聚变技术的发展，洛克希德·马丁公司所属的臭鼬工厂已经开始进行紧凑型聚变反应堆的设计工作，采用磁约束聚变原理，并采用新型磁场设计，尺寸为直径2米、高4米的圆柱形，电功率100兆瓦，可为8万户家庭提供生活用电，是同性能惯性约束聚变堆的十分之一。洛马公司能够实现小型化的关键在于在反应堆内部采用了独特的内置特定形状磁场管状设计，避开了传统核聚变反应堆设计中只能容纳有限数量的等离子体的问题。

▲美国洛马公司研制的磁约束航空核反应堆结构原理示意图

▲激光核聚变发动机原理图

目前世界上发展航空器核动力小型化的技术还有几个不同分支，综合来看，小型核聚变装置离实用还有较大距离，特别是在等离子体靶形成、传输与点火等关键技术上还有待突破，我个人的建议是继续加强理论研究的投入，待关键技术原理有明显突破后，再进入紧凑化设计阶段。从长远发展看，核动力装置能够实现长航时飞行器的“动力自由”，为航空动力领域带来颠覆性的革命，最终使飞机的航程、载荷等大幅增加甚至能实现数天不间断的长时间空中飞行。

刘晓峰：装备专家，长期从事武器装备论证、预研制工作，主持军工企业省部级重点项目1项，为国防装备建设提供决策性重要参考1项，参与新一代装备关重件试制工作2项，为装备研制和使用部门提供重要建设性改进意见并得到采纳2项，拥有行业内著作1部，在《坦克装甲车辆理事会论文集》发表装备发展规划论文1篇。

出品：科普中国

作者：刘晓峰

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