顛覆傳統戰機！洛馬開發微型核聚反應堆，無限航程飛遍全球！

現實終於要誕生鋼鐵俠的方舟反應堆了 在近幾年 洛馬公司的CFR微型核聚變反應堆 又取得了突破性進展 甚至宣稱未來竟然能安裝到F16戰機上 今天大兵便爲各位講一講 CFR到底是怎麼一回事 微型核反應堆又會對戰機有何幫助 話不多說 我們直接進入正題 CFR 全稱是洛克希德·馬丁核聚變反應堆 是臭油工廠查爾斯·查斯領導的團隊 所進行的一項核聚變開發計劃 該項目最早在2010年開始 並在2013年2月7號 在谷歌Solve of X論壇上公開展示 次年10月 洛馬再次宣佈了一項計劃 在不到一年的時間內 建造和測試一個緊湊型聚變反應堆 並在5年內製造出初始原型 而關於CFR反應堆 查爾斯團隊說道 我們的緊湊聚變概念 結合了幾種不同的詞約數方法 每一種方法都有最好的部分 並且比以前的概念減少了90%的尺寸 甚至能安裝到卡車上 較小的尺寸 將使我們能夠在不到一年的時間裏 設計建造和測試緊湊性核聚變 同時該團隊還表示 通過聚變產生的能量 比裂變釋放的能量要強大3到4倍 足以爲一個多達100萬人的小城市 提供充足的電力 除了這些 微型核聚變裝置還能用於機載 在運行原理方面 CFR計劃是通過結合堅點限制和磁鏡 以此限制等離子體來實現高β 其中堅點是極具彎曲的磁場 在理想情況下 等離子體沿着尖端的表面形成護套 然後等離子體沿着極具彎曲 曲場的軸和邊緣泄露 那些邊緣丟失的等離子體 會再循環回到尖端 此外 CFR還使用了兩個鏡像集 一對環形鏡放置在 圓柱形反應堆容器的兩端 另一組鏡子環繞着反應器圓柱體 環形磁鐵產生一種名爲 抗磁尖端的磁場 其中磁力循環改變方向 並將原子核推向兩個環之間的終點 來自外部磁鐵的磁場 將原子核推回容器末端 值得一提的是 磁場強度是離中心距離的增寒數 這意味着隨着等離子體壓力 導致着等離子體膨脹 等離子體邊緣的磁場變得更強 從而增加了包容性 另外 CFR 還使用了超導磁體 與傳統磁鐵相比 超導磁體能用更少的能量產生強磁場 再加上 CFR 沒有靜電流 洛克希德公司聲稱 這消除了等離子體不穩定的主要來源 還有就是該項目計劃用中性注入 代替加熱等離子體的微波發射器 其中 電中性的刀原子 將它們的能量傳遞給等離子體 一旦啓動 聚變產生的能量 會維持後續聚變事件所需的溫度 對此 洛馬公司聲稱 每次設計迭代 都比聯合歐洲環面 ITER和NIF等大型項目更短 而且成本更低 這裏可能有人會問了 這和托克馬克裝置有什麼不同呢 關於這一點 至少在理論上 CFR應該能解決前者的一些問題 查爾斯在接受採訪時說道 托克馬特只能容納有限的等離子體 以等離子體壓力與磁壓之比來衡量 平均托克馬特的β極限很低 大約是微壓的5%左右 期間查爾斯將圓環比作自行車輪胎 如果他們投入太多 最終限制會導致輪胎失效並且爆裂 而CFR則是以完全不同的方式 解決等離子體限制來避免這些問題 一系列超導線圈 不會將等離子體限制在管狀環內 而是將產生新的磁場幾何形狀 其中 等離子體被保留在整個反應室的更寬範圍裏 線圈內的超導磁體 將在槍室的外邊界周圍產生磁場 所以對我們來說 我們沒有輪胎膨脹到空氣中 而更像是一個膨脹成越來越堅固的牆壁的內胎 因此該系統由自調協反饋機制調節 等離子體越遠 磁場推回 以容納它就越強 而在2019年7月 臭又工廠的總經理表示 今年我們正在建造另一個反應堆T5 這將比我們的T4更大更強的反應堆 我們目前的計劃是讓它在今年年底上線 這將是能力的又一次重大飛躍 並證明我們的概念所給予的物理學是有效的 如果CFR反應堆可以運行順利的話 那麼不僅能極大改變未來戰爭的形勢 還會改變人類存在的基本本質 根據洛馬公司的估計 這個反應堆只需要大約25磅重的燃料 即青銅位素 穿 和刀的混合物 就能夠運行一整年而不會停止 期間能產生恆定的100兆瓦的功率 那麼該反應堆對戰鬥機又有什麼幫助呢 其實核動力飛機並不是一個新概念 只不過那時用的是核裂變 在人們意識到 它能通過分裂原子產生巨大的力量後 就開始計劃將其融入到幾乎所有的東西里面 比較典型的就是飛機 畢竟只需要少量燃料 核電就能讓戰機 轟炸機或者偵察平臺 擁有近乎無限的航程 但是裂變反應堆有着很大的缺陷 期間必須積極冷卻裂變過程 以防止失控的反應 不然就有可能導致崩潰和環境災難 就像我們在切爾諾貝利和福島看到的那樣 因此戰機在1.5萬米高空飛行時 風險是大於回報 而核鉅變則完全不一樣 它實際上可以被認爲是當今核電站 和武器系統所利用的裂變過程的對立面 兩者雖然都是從原子產生能量的物理過程 但裂變是通過將較大的原子分裂成 兩個或者多個較小的原子 鉅變則是將兩個或者多個較輕的原子 連接成更大的原子 而後者產生的能量要遠大於前者 更適合應用在戰機上 至於核鉅變如何爲戰機提供動力 首先大家需要了解一下 傳統渦輪噴氣推進系統是如何工作的 現代渦輪噴氣發動機大部分是從前部吸入空氣並壓縮 直到空氣的密度達到開始時的3到12倍 然後再將燃料添加到壓縮空氣中並點燃 新點燃的空氣 燃料混合物再從噴嘴出來產生推力 而渦輪風扇發動機的工作原理和此類似 不同的是 進氣分爲兩種不同的流動 一種通過風扇進入核心壓縮器 然後和燃料混合 並在流出噴嘴之前點燃 其餘的空氣繞過內部發動機 只是穿過螺旋槳 略微增加其速度 並在通過時增加一點推力 這種發動機大多是用於商用客機 和B52等重型有效載荷轟炸機上 而根據洛馬公司的宣稱 未來安裝CFR反應堆的戰機 將會現有的渦輪噴氣發動機 或者渦輪風扇發動機的燃燒器 由熱交換器取代 以此產生相同的推力 戰機在整個使用壽命內都不需要加油 有着近乎無限的航程和徘徊時間 這一點非常重要 要知道 目前僅美空軍就有着一支由562架加油機組成的機隊 這隻因爲大多數美軍戰機所攜帶的燃料 只能支撐戰機 在戰鬥期間停留大約30分鐘 之後便需要返航或者藉由加油機來續航 此外 長期的轟炸任務也非常依賴於在飛行路徑上的精確點 與加油機相遇才能發揮作用 但是呢 由於加油機本身並不具備防禦能力 一旦與擁有先進防空系統和大量空中力量的敵軍進行近距離同行作戰 那麼這些加油站將無法提供幫助 此外CFR反應堆還能幫助節省資金 前幾年隨着美空軍出臺了能源地平線計劃 開始規劃未來能源建設問題 導致其如此急迫的原因非常簡單 那就是美空軍中三大軍種中最大的能源用戶 其中航空燃油佔總消耗的84% 每年高達20億加侖 每年的平均作戰成本超過了80億美元 2022年更是達到了110億 不僅如此 由於此前美軍還需要將燃料運送給需要的部隊 除了將燃料運送到前線部署部隊的成本外 在戰時這樣做還有着極大風險 畢竟在阿富汗戰爭最激烈的時候 敵軍對燃油運輸車隊的襲擊 直接佔到了傷亡人數的30%以上 因此如果CFR可以取代傳統燃料 每年就能爲美軍節省上百億的資金 這些錢可以輕鬆造數百架F35 不僅如此 戰機安裝CFR只是核聚變的開始 豐富的電能還能爲一系列定向能武器提供動力 激光武器是指的 用高能激光對遠距離的目標進行精確射擊 或者用於防禦導彈的武器 分爲戰術激光武器和戰略激光武器兩類 在具有快速、靈活、精確和抗電磁干擾等優異性能 在光電對抗、防空和戰略防禦中 可以發揮獨特作用 就比如說安裝有激光武器的戰機 將會免受來襲導彈或者射程範圍內飛行器的攻擊 另外激光武器還能用於進行彈道導彈防禦 在彈道導彈處於推進階段時將其擊敗 而且裝備有激光武器的有人無人空中平臺 也能夠支持空中對地作戰 可以完成精確的地面攻擊 使城市環境和非常接近友軍部隊時的間接傷害最小化 不僅如此 安裝有基載激光武器的飛機 還能破壞敵軍的ISR和通信能力 搶奪空間控制權 目前基載激光武器主要應用在預警機、轟炸機、運輸機、加油機、戰鬥機、直升機等各種空中平臺 而可以實戰應用的激光武器則分爲化學激光和固體激光 先進來看化學激光武器是效率最高、技術最爲成熟的激光器了 並且最先達到實戰需要的功率水平 此前美國的ABL、ATL都採用了陽點激光進行了集成驗證 但是化學激光器實戰部署困難 存在一些問題 包括結構複雜龐大、重量大、戰術作戰飛機無法搭載、化學燃料易燃、劇毒有腐蝕性、使用維護繁瑣而且費用昂貴等 而導致龐大的原因那就是能源問題 至於固體激光武器則是採用光學抽運的方式 完全由電能轉化而來 因此可以採用全電化的工作方式 並且固體增益介質一般有較長的上能級壽命和較寬的增益譜 這使得固體激光器能夠很好地用於脈衝制式 這也使得固體激光器具有結構緊湊、消費比高以及能夠多制式輸出等優點 但缺點也很明顯 對電力的需求非常大 如果在戰機上加裝固體激光武器 就會給發動機帶來很大挑戰 畢竟發動機一定程度上影響着飛機的電氣化水平 機上設備的用電問題都是由發動機支撐的 現有發動機根本無法支撐起激光武器的使用 不僅是機載激光武器 就連艦載也是一樣 根據2021年7月美國國會研究服務處的一份報告 美國計劃到2022財年將定向能武器功率 從150千瓦水平逐步擴大到300千瓦 到2024財年達到500千瓦 2023財年達到1兆瓦 根據美方熟悉該計劃的人員稱 50千瓦激光器就帶來的熱量和冷卻的重大挑戰 因爲三分之二的輸出系統的能量被浪費轉化爲熱量 只有三分之一的能量以激光形式輸出 研發團隊都在爲激光系統供電所需的高功率而苦苦掙扎 另外根據雜誌的報道 美國海軍正在龐塞號和波特蘭號兩棲運輸艦 測試高能激光武器系統 功率分別爲30千瓦和150千瓦級 它們都需要由單獨的電池供電 而且需要在發射艦機爲電池充電 爲此美軍正在開發出更強大更高容量的電池來緩解這個問題 同時還期待開發出更強大的艦用集成電力系統 作爲高能激光武器系統的主要或者備用電源 由此可見 激光武器對於電力的需求 而CFR能夠爲一座小城市供電的反應堆 就可以輕鬆擔負起激光武器的消耗 總結來說 如果洛馬公司的小型核反應堆研製順利 那麼未來美軍將會讓更多的武器採用核動力 這種前景一旦得以實現 就能爲美軍提供強大的機動能力 好了 今天的視頻到這裏就結束了 如果視頻中有出錯的地方 歡迎各位在評論區內指正 喜歡的朋友請點贊關注 之後大兵會爲大家帶來更多更精彩的視頻 我們下期再見