Eine Fusionsrakete ist ein theoretisches Design für eine Rakete, die durch die Fusionsmacht gesteuert ist, die effiziente und langfristige Beschleunigung im Raum ohne das Bedürfnis zur Verfügung stellen konnte, eine große Kraftstoffversorgung zu tragen. Das Design verlässt sich auf die Entwicklung der Fusionsmacht-Technologie außer aktuellen Fähigkeiten und des Aufbaus von Raketen, die viel größer und komplizierter sind als jedes aktuelle Raumfahrzeug. Ein kleinerer und leichterer Fusionsreaktor könnte in der Zukunft möglich sein, als hoch entwickeltere Methoden ausgedacht worden sind, um magnetische Beschränkung zu kontrollieren und Plasmainstabilitäten zu verhindern.

Für den Raumflug würde der Hauptvorteil der Fusion der sehr hohe spezifische Impuls, der Hauptnachteil die (wahrscheinliche) große Masse des Reaktors sein. Außerdem kann eine Fusionsrakete weniger Radiation erzeugen als eine Spaltungsrakete, die für die Abschirmung erforderliche Masse reduzierend. Die sicherste Weise, eine Fusionsrakete mit der aktuellen Technologie zu bauen, soll Wasserstoffbomben, wie vorgeschlagen, in Projektorion verwenden, aber solch ein Raumfahrzeug würde auch massiv sein.

Elektrizitätsgeneration gegen den direkten Stoß

Viele Raumfahrzeugantrieb-Methoden wie Ion-Trägerraketen verlangen einen Eingang der elektrischen Macht zu laufen, aber sind hoch effizient. In einigen Fällen wird ihr maximaler Stoß durch den Betrag der Macht beschränkt, die (zum Beispiel, ein Massenfahrer) erzeugt werden kann. Ein elektrischer Generator, der auf der Fusionsmacht gelaufen ist, konnte rein installiert werden, um solch ein Schiff zu steuern. Ein Nachteil ist, dass herkömmliche Elektrizitätsproduktion ein Energiebecken der niedrigen Temperatur verlangt, das schwierig (d. h. schwer ist) in einem Raumfahrzeug. Die direkte Konvertierung der kinetischen Energie der Fusionsprodukte in die Elektrizität ist im Prinzip möglich und würde dieses Problem lindern.

Eine attraktive Möglichkeit ist dazu einfach leiten das Auslassventil des Fusionsproduktes der Rücken der Rakete, um Stoß ohne die Zwischenproduktion der Elektrizität zur Verfügung zu stellen. Das würde mit einigen Beschränkungsschemas (z.B magnetische Spiegel) leichter sein als mit anderen (z.B tokamaks). Es ist auch für "fortgeschrittene Brennstoffe" attraktiver (sieh aneutronic Fusion). Helium 3 Antrieb ist eine vorgeschlagene Methode des Raumfahrzeugantriebs, der die Fusion von Helium 3 Atome als eine Macht-Quelle verwendet. Helium 3, ein Isotop von Helium mit zwei Protonen und einem Neutron, konnte mit schwerem Wasserstoff in einem Reaktor verschmolzen werden. Die resultierende Energieausgabe konnte verwendet werden, um Treibgas der Rücken des Raumfahrzeugs zu vertreiben. Helium 3 wird als eine Macht-Quelle für das Raumfahrzeug hauptsächlich wegen seines Überflusses auf dem Mond vorgeschlagen. Zurzeit schätzen Wissenschaftler ein, dass es 1 Million Tonnen Helium 3 Gegenwart auf dem Mond hauptsächlich wegen des Sonnenwinds gibt, der mit der Oberfläche des Monds kollidiert und es unter anderen Elementen in den Boden ablegt. Nur 20 % der durch die D-T Reaktion erzeugten Macht konnten dieser Weg verwendet werden; die anderen 80 % werden in der Form von Neutronen veröffentlicht, die, weil sie durch magnetische Felder oder feste Wände nicht geleitet werden können, sehr schwierig sein würden, für den Stoß zu verwenden. Helium 3 wird auch über den Beta-Zerfall von Tritium erzeugt, das der Reihe nach von schwerem Wasserstoff, Lithium oder Bor erzeugt werden kann.

Selbst wenn eine Selbstunterstützen-Fusionsreaktion nicht erzeugt werden kann, könnte es möglich sein, Fusion zu verwenden, um die Leistungsfähigkeit eines anderen Antrieb-Systems wie ein VASIMR Motor zu erhöhen.

Beschränkungskonzept

Um eine Fusionsreaktion zu stützen, muss das Plasma beschränkt werden. Die am weitesten studierte Konfiguration für die Landfusion ist der tokamak, eine Form der magnetischen Beschränkungsfusion. Zurzeit wiegen tokamaks viel, so würde der Stoß, um Verhältnis zu beschweren, unannehmbar scheinen. Das Forschungszentrum von Glenn der NASA hat ein kleines Aspekt-Verhältnis kugelförmiger Ring-Reaktor für seine "Entdeckung II" Begriffsfahrzeugdesign vorgeschlagen. "Entdeckung II" konnte eine besetzte 172 000-Kilogramm-Nutzlast Jupiter in 118 Tagen (oder 212 Tagen zum Saturn) das Verwenden von 861 Metertonnen Wasserstofftreibgas, plus 11 Metertonnen von helium-3-deuterium (D-He3) Fusionsbrennstoff liefern. Der Wasserstoff wird durch den Fusionsplasmaschutt geheizt, um Stoß, zu einem Selbstkostenpreis von die reduzierte Auspuffgeschwindigkeit (348-463 km/s) zu vergrößern, und hat folglich vorantreibende Masse vergrößert.

Die Hauptalternative zur magnetischen Beschränkung ist Trägheitsbeschränkungsfusion, wie das, das durch Projektdaedalus vorgeschlagen ist. Ein kleines Kügelchen des Fusionsbrennstoffs (mit einem Diameter von einigen Millimetern) würde durch einen Elektronbalken oder einen Laser entzündet. Um direkten Stoß zu erzeugen, würde ein magnetisches Feld den Rauschgifthändler-Teller bilden. Im Prinzip, das Helium 3 - Reaktion des Schweren Wasserstoffs oder eine aneutronic Fusionsreaktion konnten verwendet werden, um die Energie in beladenen Partikeln zu maximieren und Radiation zu minimieren, aber es ist hoch zweifelhaft, ob es technisch ausführbar ist, diese Reaktionen zu verwenden. Beide die ausführlichen Designstudien in den 1970er Jahren, die Orion Drive und Projektdaedalus, haben Trägheitsbeschränkung verwendet. In den 1980er Jahren hat Lawrence Livermore Nationales Laboratorium und NASA ein ICF-angetriebenes "Fahrzeug für Interplanetarische Transportanwendungen" (AUSSICHT) studiert. Das konische AUSSICHT-Raumfahrzeug konnte eine 100-Tonne-Nutzlast an die Bahn von Mars liefern und zur Erde in 130 Tagen, oder zur Bahn von Jupiter und zurück in 403 Tagen zurückkehren. 41 Tonnen schwerer Wasserstoff/Tritium (D-T) Fusionsbrennstoff, wären plus 4124 Tonnen Wasserstoff expellant erforderlich. Die Auspuffgeschwindigkeit würde 157 km/s sein.

Magnetisierte Zielfusion (MTF) ist eine relativ neue Annäherung, die die besten Eigenschaften der weiter studierten magnetischen Beschränkungsfusion (d. h. gute Energiebeschränkung) und Trägheitsbeschränkungsfusion (d. h. effiziente Kompressionsheizung und Wand freie Eindämmung von durchbrennendem Plasma) Annäherungen verbindet. Wie die magnetische Annäherung wird der Fusionsbrennstoff an der niedrigen Dichte durch magnetische Felder beschränkt, während es in ein Plasma geheizt wird, aber wie die Trägheitsbeschränkungsannäherung wird Fusion durch das schnelle Drücken des Ziels begonnen, um Kraftstoffdichte, und so Temperatur drastisch zu vergrößern. MTF verwendet "Plasmapistolen" (d. h. elektromagnetische Beschleunigungstechniken) statt starker Laser, zu niedrigen Kosten und niedrigem Gewicht Kompaktreaktoren führend. Die NASA/MSFC Gruppe von Human Outer Planets Exploration (HOPE) hat ein besetztes MTF Antrieb-Raumfahrzeug untersucht, das dazu fähig ist, eine 163 933-Kilogramm-Nutzlast an Mondcallisto von Jupiter mit 106-165 Metertonnen Treibgas (Wasserstoff entweder plus D-T oder plus D-He3 Fusionsbrennstoff) in 249-330 Tagen zu liefern. Dieses Design würde so beträchtlich kleiner sein und mehr Brennstoff effizient wegen seiner höheren Auspuffgeschwindigkeit (Isp=700 km/s) als die vorher erwähnte "Entdeckung II", "AUSSICHT"-Konzepte.

Ein anderes populäres Beschränkungskonzept für Fusionsraketen ist elektrostatische Trägheitsbeschränkung (IEC), solcher als im Farnsworth-Hirsch Fusor oder Polygut Schwankung, die durch Energy-Matter Conversion Corporation wird erforscht. Die Universität Illinois hat ein "500-Tonne-Fusionsschiff definiert II" Konzept, das dazu fähig ist, 100,000 Kg zu liefern, hat Nutzlast zum Mond von Jupiter Europa in 210 Tagen besetzt. Fusionsschiff II verwertet Ion-Rakete-Trägerraketen (343km/s erschöpfen Geschwindigkeit) angetrieben durch zehn D-He3 IEC Fusionsreaktoren. Das Konzept würde 300 Tonnen Argon-Treibgas für eine 1-jährige Hin- und Rückfahrt zum System von Jupiter brauchen. Dr Robert Bussard hat eine Reihe von technischen Artikeln veröffentlicht, seine Anwendung auf spaceflight im Laufe der 1990er Jahre besprechend. Seine Arbeit wurde durch einen Artikel http://torsatron.tripod.com/fusor/fusor.html in der Analogen Sciencefictions- und Tatsache-Veröffentlichung verbreitet, wo Tom Ligon (wer auch mehrere Sciencefictionsgeschichten geschrieben hat) beschrieben hat, wie der fusor für eine hoch wirksame Fusionsrakete machen würde. Es wurde auch in dieser Rolle im Sciencefictionsroman Das Wrack des Flusses von Sternen von Michael Flynn gezeigt.

Noch mehr spekulatives Konzept ist katalysierter Kernpulsantrieb der Antimaterie, der winzige Mengen der Antimaterie verwenden würde, um eine Spaltung und Fusionsreaktion zu katalysieren, viel kleineren Fusionsexplosionen erlaubend, geschaffen zu werden.

Links

• Neuer Wissenschaftler-Raum (23.01.2003): Kernfusion konnte Raumfahrzeug von NASA antreiben

Siehe auch

• Helium 3