英国初创公司 Pulsar Fusion 正在研发“太阳鸟”（Sunbird）核聚变火箭，它可以大幅缩短太空旅行时间，图中展示的是艺术家的构想图。浏览图库了解更多信息。脉冲星聚变
这艘宇宙飞船可能由核聚变提供动力
几十年来，世界上一些最聪明的头脑一直在追逐核聚变的梦想。原因显而易见——在地球上复制恒星内部的运作方式意味着几乎无限的清洁能源。
尽管经过长期的尝试并取得了一些突破，但梦想尚未变成现实，我们可能还需要很多年才能在地球上的任何地方看到聚变发电厂。
在太空中进行这一过程听起来像是给本已复杂的技术再添一层复杂性，但理论上它可能比在地球上更快实现。它可以帮助航天器达到每小时50万英里（80.5万公里）的速度——比有史以来最快的物体——美国宇航局的帕克太阳探测器——的速度还要快，后者的最高速度达到了每小时43万英里（69.2万公里）。
在英国航天局的资助下，英国初创公司 Pulsar Fusion 推出了 Sunbird，这是一种太空火箭概念，旨在与轨道上的航天器相遇、连接，并利用核聚变以极快的速度将它们送达目的地。
“在地球上进行核聚变非常不自然，”Pulsar 创始人兼首席执行官理查德·迪南 (Richard Dinan) 表示。“核聚变在大气层中无法进行。太空是进行核聚变更合乎逻辑、更合理的场所，因为无论如何，核聚变都希望在那里发生。”
目前，太阳鸟火箭正处于建造的早期阶段，面临着巨大的工程挑战，但脉冲星公司表示，希望在 2027 年首次实现轨道核聚变。如果该火箭投入使用，未来有一天，它可能 会将火星任务的旅程时间缩短一半。广告反馈
仅几克燃料
核聚变不同于核裂变，后者是目前核电站的动力来源。核裂变的原理是利用中子将铀等较重的放射性元素分裂成较轻的元素。这一过程中释放的大量能量被用来发电。
聚变则相反：它利用高温高压，将氢等极轻元素结合成更重的元素。“太阳和恒星都是聚变反应堆，”迪南说，“它们是元素熔炉——将氢加热成氦——然后，当它们死亡时，它们会形成构成一切的重元素。最终，宇宙的主要成分是氢和氦，其他一切都是在恒星中通过聚变而形成的。”
核聚变之所以备受追捧，是因为它释放的能量是核裂变的四倍，是化石燃料的四百万倍。但与核裂变不同，核聚变不需要危险的放射性物质——相反，核聚变反应堆使用氘和氚，即拥有额外中子的重氢原子。它们只需要极少量的燃料，并且不会产生危险的废物。
然而，核聚变需要大量的能量才能启动，因为必须创造类似于恒星核心的条件——极高的温度和压力，以及有效的约束以维持反应的进行。地球上的挑战是如何从核聚变中产生比启动时投入的能量更多的能量，但到目前为止，我们几乎没有实现收支平衡。
多个机构正在研究利用核聚变作为地球能源。图为日本那珂聚变研究所JT-60SA实验性核聚变反应堆的一部分。 菲利普·方/法新社/盖蒂图片社
但迪南说，如果发电不是目标，事情就会变得没那么复杂——只有一个更简单的目标，即创造更快的排气速度。
核聚变所需的反应发生在等离子体（一种高温带电气体）内部。与地球上拟建的反应堆一样，太阳鸟号将使用强磁铁加热等离子体，并为燃料（重量约为克）碰撞并聚变创造条件。地球上的反应堆呈圆形，以防止粒子逸出；而太阳鸟号的反应堆则呈直线形，因为逸出的粒子将推动航天器前进。
最后，它不会从聚变反应中产生中子，而地球上的反应堆利用中子来产生热量；太阳鸟将使用一种更昂贵的燃料——氦-3——来制造质子，质子可以作为“核排气”来提供推进力。
迪南表示，太阳鸟号的飞行过程成本高昂，不适合在地球上生产能源，但由于其目的不是生产能源，因此该过程效率低下且成本高昂，但仍然很有价值，因为它可以节省燃料成本，减轻航天器的重量，并使其更快地到达目的地。
缩短旅途时间
迪南表示，太阳鸟的运行方式与城市自行车类似，停靠在停靠站：“我们把它们发射到太空，我们会在它们停放的地方设立一个充电站，然后与你的飞船对接，”他说。“你可以关闭低效的内燃机，并在旅程的大部分时间里使用核聚变。理想情况下，你会在火星附近设立一个站点，并在近地轨道上设立一个站点，太阳鸟只需往返往返即可。”
Pulsar 首席执行官理查德·迪南 (Richard Dinan) 和研究工程师比尔格·卡克马兹 (Bilge Kacmaz) 检查用于模拟太空条件进行聚变推进测试的真空室。 脉冲星聚变
一些组件今年将进行轨道演示。“它们基本上就是一些电路板，需要进行测试以确保其正常工作。这没什么特别的，因为没有核聚变，但我们必须这么做，”迪南说。“然后，在2027年，我们将把太阳鸟的一小部分送入轨道，只是为了验证其物理原理是否像计算机假设的那样有效。这是我们的首次在轨演示，我们希望在太空中进行核聚变。我们希望脉冲星公司能够成为第一家真正实现这一目标的公司。”
据迪南介绍，该原型机将耗资约7000万美元，而且它并非一台完整的“太阳鸟”核聚变装置，而是一个用于验证这一概念的“线性聚变实验”。他表示，如果必要的资金到位，第一台功能齐全的“太阳鸟”核聚变装置将在四到五年后准备就绪。
最初，“太阳鸟”将用于在轨卫星穿梭飞行，但其真正潜力将 体现在星际任务中。该公司列举了“太阳鸟”可以实现的几个任务，例如在六个月内向火星运送多达2000公斤（4400磅）的货物，在两到四年内向木星或土星部署探测器（美国宇航局的“木卫二快船”于2024年向木星的一颗卫星发射，预计5.5年后抵达），以及一项小行星采矿任务，该任务将在一到两年内完成往返近地小行星的旅程，而不是三年。
其他公司也在研发用于太空推进的核聚变发动机，其中包括总部位于帕萨迪纳的 Helicity Space 公司，该公司于 2024 年获得了航空航天巨头洛克希德·马丁公司的投资。总部位于圣地亚哥的通用原子公司和美国国家航空航天局正在研发另一种基于裂变而非聚变的核反应堆，他们计划于 2027 年在太空进行测试。与现有方案相比，它还旨在为载人火星任务提供更高效的推进系统。
伦敦帝国理工学院航天器等离子体推进领域的高级讲师亚伦·诺尔（Aaron Knoll）并未参与脉冲星聚变项目，他表示，利用聚变能推进航天器有着巨大的潜力。“虽然我们距离让聚变能成为一种可行的地球发电技术还有几年的时间，但我们无需等待，就可以开始使用这种能源来推进航天器，”他说道。
他补充道，原因在于，在地球上发电，输出的能量必须大于输入的能量。但当在航天器上使用聚变能产生推力时，任何能量输出都是有用的——即使它小于输入的能量。所有这些来自外部电源和聚变反应的能量加在一起，将有助于提高推进系统的推力和效率。
然而，他补充道，在太空中实现聚变技术存在重大技术障碍。“目前地球上的聚变反应堆设计都是庞大而笨重的系统，需要配套的基础设施，例如储能、电源、气体输送系统、磁体和真空泵设备，”他说。“将这些系统小型化并轻量化是一项巨大的工程挑战。”
华盛顿大学航空航天学教授布瓦娜·斯里尼瓦桑（Bhuvana Srinivasan）也未参与脉冲星项目，但她也认为核聚变推进技术在航天领域拥有巨大的发展前景：“即使对于月球之旅来说，它也将带来极大的益处，因为它能够在一次任务中部署一个载有宇航员的月球基地。如果成功，它将超越现有的推进技术，这不仅是渐进式的，更是显著的。” 然而，她也指出了制造紧凑轻便的推进器存在困难，而这又是一项工程挑战，而对于陆地能源而言，这方面的考虑较少。
斯里尼瓦桑认为，开发聚变推进技术不仅可以让人类在太空中走得更远，还可以改变无人任务的格局，例如收集氦-3等资源。氦-3是一种聚变燃料，在地球上很稀有，必须人工制造，但在月球上却可能储量丰富。“如果我们能够建造一个月球基地，作为深空探索的起点，那么获得潜在的氦-3储备将是无价之宝，”她说。
“探索更远的行星、卫星和太阳系对于人类好奇和探索的天性至关重要，同时也可能以我们尚未意识到的方式带来巨大的经济和社会效益。”