楔子

当今时代，对于太空探索的最大制约是化学燃料推进技术的效率所带来的挑战。

传统的化学推进可以带领人类的宇宙飞船到达月球、到达火星，然而再进一步的探索却难以支撑。如今化学燃料的推进能力已经达到极限，需要更好的推进方法来实现长时间的任务并确保宇航员的安全。包括我国在内的科学家正在研究一个创新的解决方案——磁约束聚变等离子体驱动。

化学燃料推进驱动的问题

化学燃料推进技术很难再进一步支撑人类的太空探索。

首先，化学燃料产生的推力有限，对于大型太空船来说，需要携带大量的化学燃料，这不仅增加了船只的重量，还提高了发射成本。

其次，化学反应产生的废物和热量也对太空船的性能和安全性造成了一定的限制。

此外，化学燃料推进技术还需要在太空中进行多次点火和姿态调整，这增加了太空船的操作难度和风险。

因此，为了实现更高效、更安全的太空探索，需要研究和开发新的推进技术。

磁约束聚变驱动带来太空探索革命性变革

磁约束聚变是指用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出能量。

与传统的推进系统相比，磁约束聚变等离子体驱动有几个优点:

• 高能量密度:聚变反应产生巨大的能量，与化学推进系统相比提供更高的能量密度。这意味着磁约束聚变可以在更小的体积内携带更多的能量，允许更长时间的飞行，而不需要过多的燃料储存。
• 燃料效率:与化学推进系统相比，磁约束聚变推进系统运行所需的燃料要少得多。这不仅减轻了航天器的质量，还允许在长途飞行中更有效地利用资源。
• 加速度和比冲:磁约束聚变具有高加速度(delta-v)和比冲(Isp)，这使它能够在太空中更快地移动和机动。这对于需要精确导航和快速反应的任务非常重要。

我国在磁约束聚变领域的成就

我国磁约束聚变研究开始于上世纪五六十年代。中科院物理所最先建造了一个直线放电装置和两个角向箍缩装置。原子能科学研究院建造了磁镜“小龙”装置。北京大学、复旦大学和清华大学等开展了相关基础研究。

2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。

中国科技大学反场箍缩磁约束聚变实验装置

尽管我国核聚变能研究经历了较长时期的困难，但始终能坚持稳定、渐进的发展，建成了两个理工结合的专业研究所，即核工业集团公司所属的核工业西南物理研究院及中国科学院所属的等离子体物理研究所。除此之外，我国还有许多其它科研院所开展了聚变相关研究。

太空探索的未来

磁约束聚变等离子驱动具有彻底改革太空探索的潜力。聚变和离子技术的结合提供了前所未有的能量密度和燃料效率，使其成为未来任务的革命性技术。

随着基于磁约束聚变等离子体驱动技术的发展，太空探索的可能性正在迅速扩大。深空探索的任务可能变得更加可行，使科学家可以进行更多开创性的研究，甚至在其他星球上建立人类定居点已经不是梦。