美國推出全球第一個核聚變引擎？7月將發射升空，究竟是真是假？

你絕對意想不到，美國一家公司已推出世界上第一個核聚變推進器，並將在今年7月和10月發射到太空進行演示測試。不過這種核聚變引擎並不是你想象中的巨大飛船發動機，而是用於推動衛星的、重量僅1公斤的微型推進器，這是不是就更令人蹊蹺了，這麼小，它是如何引發核聚變的呢？

這個引擎名叫火之星聚變驅動器（FireStar Fusion Drive），來自美國紐約的RocketStar公司，他們稱這是全球第一臺聚變增強型太空推進器，將徹底改變太空推進的方式，是人類邁向未來太空旅行的一大飛躍。

簡單來說，RocketStar已有一款成熟的FireStar基礎版推進器，是一種用水作爲推進劑的脈衝等離子體推進器，已經應用於太空衛星的推進。現在他們突破性地在水中加入硼，讓電離出來的質子與硼核高速碰撞，從而引發核聚變反應，顯著提高了推進器的性能。

到這裏你可能就有一個疑問了，點燃核聚變不是需要高溫高壓嗎？這區區1公斤的微型衛星，怎麼可能產生高溫高壓呢，這核聚變能發生嗎？

實際硼聚變推進器並不是新概念，早在2011年，美國NASA蘭利研究中心的物理學家、電子工程師約翰·查普曼就提出了這一概念，他認爲氘氚核聚變會產生大量中子，衝擊反應堆壁會釋放放射性同位素，並損失大量能量。

而硼聚變被稱爲無中子聚變，產生的中子能不超過總能量的1%，從而可以減少中子輻射帶來的難題，極大地降低生物防護、遠程控制和安全等方面的要求，最關鍵的是，無中子硼聚變推進產生的推力是當時最好推進器的40多倍，非常適合太空推進。

查普曼設想的硼聚變反應堆是一個直徑20釐米的兩層結構，外層是5到10微米的導電金屬線圈。點火時用一束頻率75兆赫、波長1到10微米、能量2×10^18瓦特/平方釐米的脈衝激光照射線圈，線圈會產生電場，猶如天女散花般釋放出高能電子，留下帶正電的質子。

由於質子帶正電，相互之間靠得很近，因而會互相推擠，產生巨大的推力，導致金屬材料爆炸，高能質子衝向內層的硼。這種質子的能量約163千電子伏特，會導致硼核成爲受激的碳核，然後馬上衰變成一個氦4核和一個鈹核，鈹核緊接着衰變成兩個α粒子（氦核），從而導致一對質子-硼聚變，產生3個2.9兆電子伏特的α粒子。

查普曼計算後表明，每束激光可以產生10萬個粒子，推進器的效率可以達到最好離子推進器的40多倍，並且α粒子帶正電，可以直接輸出爲電能，轉化率高達60%到70%。查普曼認爲需要10年的時間來解決問題，開發這種經濟環保高效可行的太空引擎。

13年過去了，現在查普曼的新概念終於成爲現實了嗎？我感覺還不能這樣說，因爲RocketStar的方式和他的設想大不相同，並且是不是實現了核聚變我覺得還有疑問，可能還需要更多的研究來證實。

根據RocketStar的介紹，他們的FireStar是水燃料脈衝等離子體電力推進，是利用脈衝靜電循環通過高壓電極產生火花，將水蒸氣轉化爲等離子體，然後分開電子和離子，通過電極加速離子，最終從噴口高速離開產生推力。

FireStar基礎版M1.4推進器重980克，是一個邊長9.5釐米的正方體，其中包括250克的純液態水，正常功率6瓦，最大18瓦，可以產生17.2毫牛的推力，比衝達7300秒，總衝17800牛秒，這意味着它可以把自己加速到18.2公里/秒，超過第三宇宙速度，可以直接衝出太陽系了。

RocketStar對M1.4的性能介紹是，可以把4公斤的3U衛星加速4,620 m/s，8公斤6U衛星加速2,273 m/s，這裏的U是Unit，單元的意思，也就是每10X10X10釐米爲一個標準單位，重量不超過1.33公斤。這種推進器主要應用爲衛星的推進、變軌或者脫離軌道等。

RocketStar的核聚變引擎叫M1.5，據稱是在水蒸氣中加入硼，讓高速質子與硼核相撞發生核聚變，測試中發現產生了α粒子和伽馬射線，被認爲是核聚變的明顯跡象，然後在佐治亞理工學院大功率電力推進實驗室得到了證實和驗證。

RocketStar的網站上稱，這種聚變反應顯著提高了推進器的性能，就像噴氣發動機中的加力燃燒室一樣，將硼轉化爲高能碳，然後迅速衰變成三個阿爾法粒子，與M1.4相比推力提高了 50%，是世界上第一個通過核聚變增強的電力推進裝置。

是不是不明覺厲？到這裏我們應該基本搞清楚這個核聚變引擎究竟是怎麼回事了，但我覺得它可能只是疑似發生了核聚變，後面我會具體分析。並且這個核聚變即使發生了，也只是輔助性的，整個推進器還是離子推進器，可能生成了一些帶正電的α粒子，隨着電場加速一起噴出了。

實際在去年3月，日本核融合（核聚變）科學研究所就和美國核聚變初創企業TAE一起，在大型螺旋裝置（LHD）中，將硼粉添加到用強大磁場封閉成環狀的氫等離子體裏，然後用激光從側面照射，成功地讓質子與硼發生碰撞，實現了核聚變反應。

所以質子與硼的融合並不需要高溫高壓，我們說的高溫高壓實際是指，發生自持的可控核聚變的條件，質子只要能接近到硼核核力的作用範圍，就有可能發生融合。我在另一項研究中發現，要發生質子-硼核聚變反應，入射質子速度需要達到100keV-300keV，這和前面查普曼163千電子伏特的說法是吻合的。

但FireStar這裏就出問題了，我算了一下離子推進器噴出的質子速度，7300秒的比衝，質子的速度大約是27eV，遠遠低於質子-硼聚變反應的條件，本來我就懷疑功率只有幾瓦的推進器，不太可能把質子加速到觸發核聚變的速度，現在看來確實大大地存疑，但人家確實寫在網站上了，多個新聞源也發了，這些α粒子又是如何產生的呢？我就只能百思不得其解了。

目前RocketStar已將所謂的M1.5核聚變增強推進器，集成到了D-Orbit 的 OTV ION衛星上，將於今年7月和10月分別搭乘SpaceX拼車任務，發射到太空進行演示測試，或許未來我們可以找到答案吧。

但如果FireStar真的通過質子-硼聚變增加了50%的推力，這個現象還是值得好好研究的，如此低功率就能觸發核聚變反應，誰知道未來會帶來怎樣令人驚喜的應用呢？

你覺得RocketStar公司這個所謂的世界第一個核聚變引擎靠譜嗎？歡迎留言討論，也可以在他們的網站（rocketstar.nyc）上查看具體信息。