一家由 NASA 資助的太空飛行公司表示，動力來源於核聚變、尺寸僅有幾個冰箱大小的火箭，有朝一日可能幫助宇宙飛船以高速飛往附近的行星甚至其他恆星。
研究人員表示，這種核聚變火箭的另一個用途是偏轉可能撞擊地球的小行星，以及在月球和火星上建立載人基地。
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火箭透過向後噴射被稱為推進劑的物質來飛行。依賴化學反應的傳統火箭在產生推力方面效率不高，考慮到它們攜帶的推進劑數量，這導致火箭科學家多年來探索各種替代方案。[超高速宇宙飛船推進概念（圖片集）]
現在宇宙飛船中使用的一種選擇是離子驅動，它透過使用電力加速帶電離子推進劑來產生推力。離子驅動比化學火箭效率高得多，但受到它們可以透過太陽能電池板收集或使用放射性材料產生的電力量的限制。
除了化學火箭或離子驅動之外，科學家們還建議使用核聚變火箭，其動力來自為恆星提供能量的相同核反應。這些火箭不僅高效，而且還能產生大量的電力。
然而，到目前為止，還沒有人建造出核聚變反應堆，其產生的能量超過消耗的能量。而且，正在開發的核聚變反應堆體積龐大，難以發射到太空。
但現在，由 NASA 資助的研究人員正在開發小型核聚變火箭。
“這項技術使真正有趣的機器人和人類火星和冥王星任務成為可能，而且它也可能是一種進入星際空間的方式，”新澤西州普蘭斯堡普林斯頓衛星系統公司總裁 Michael Paluszek 說。
今天正在開發的大型核聚變反應堆，例如國際熱核聚變實驗堆 (ITER)，通常力求產生數百兆瓦的功率。相比之下，Paluszek 和他在普林斯頓衛星系統公司的同事正在設計旨在僅產生十幾兆瓦左右的反應堆。Paluszek 說，這種更為謙遜的目標造就了一種更小、更輕的反應堆，這種反應堆更容易建造和發射到太空，“用於實際的機器人和人類任務”。
此外，這些小型核聚變反應堆比大型裝置便宜得多。Paluszek 指出，現代核聚變實驗可能耗資 200 億美元，而研究人員計劃開發的核聚變火箭原型應該僅耗資 2000 萬美元。他說，到目前為止，他們已收到 NASA 的三筆撥款來資助該專案。
核聚變驅動器的目標是每 2.2 磅（1 公斤）質量獲得約 1 千瓦的功率。因此，一個 10 兆瓦的核聚變火箭的重量約為 11 噸（10 公噸）。
Paluszek 說：“它的直徑可能為 1.5 米 [4.9 英尺]，長度為 4 到 8 米 [13 到 26 英尺]。”
核聚變需要極高的溫度和壓力才能迫使原子聚變，這個過程會將原子的一些質量轉化為能量。普林斯頓衛星系統公司正在開發的核聚變反應堆使用低頻無線電波加熱氘和氦-3 的混合物，並使用磁場將產生的等離子體限制在一個環中。（氘是由每個都多了一箇中子的氫原子組成的；氦-3 是由每個都缺少一箇中子的氦原子組成的；等離子體是在恆星、閃電和霓虹燈中發現的物質狀態。）
當這種等離子體在一個環中旋轉時，其中一部分可以螺旋式地流出，並從核聚變火箭的噴嘴中噴出以產生推力。Paluszek 說：“我們可以獲得高達每秒 25,000 公里 [5590 萬英里/小時] 的極高排氣速度。”
與質量相比，這種核聚變火箭可能提供的巨大推力可以使宇宙飛船速度非常快。例如，使用當前技術，往返載人火星任務估計需要兩年多時間，而研究人員估計，六個 5 兆瓦的核聚變火箭可以在 310 天內完成此類任務。這種額外的速度將降低宇航員可能遭受來自太陽或深空的輻射的風險，並大大減少他們需要攜帶的食物、水和其他補給品的數量。
此外，核聚變反應堆還可以幫助為科學儀器和通訊裝置產生充足的電力。例如，NASA 的新視野號任務花費了九年多的時間才到達冥王星，到達後可用的功率僅略高於 200 瓦，每秒傳輸約 1000 位元的資料，而 1 兆瓦的核聚變火箭可以在四年內將機器人任務送到冥王星，提供 500 千瓦的功率，並且每秒傳輸超過 100 萬位元的資料，Paluszek 說。他還補充說，這樣的任務還可以攜帶一個著陸器到冥王星，並透過向下束縛能量為其供電。
Paluszek 說：“憑藉核聚變火箭可以提供的電力，您可以想到現在使用其他技術無法完成的科學，例如為一個著陸器供電，使其能夠鑽穿木星的衛星木衛二上的冰層。”
Paluszek 說，一個 10 兆瓦的核聚變火箭還可以偏轉一顆直徑約 525 英尺（160 米）的小行星，大約需要 200 天的時間到達那裡，並用 23 天的時間將其推離軌道。核聚變火箭甚至可以實現前往最近的恆星系統——半人馬座阿爾法星的星際航行，儘管這段旅程可能需要 500 到 700 年的時間，他說。（半人馬座阿爾法星距離太陽約 4.3 光年。）[相簿：星際飛船旅行的未來願景]
之前的研究在 20 世紀 60 年代就提出了這種核聚變火箭，但 Paluszek 說，為它們提出的設計無法穩定地約束等離子體。Paluszek 解釋說，大約 10 年前，反應堆設計師 Sam Cohen 設計出了一種磁場設計，“可以使等離子體穩定”。
普林斯頓衛星系統公司正在開發的這種核反應堆的一個缺點是，無線電波無法深入滲透到等離子體中。Paluszek 說：“我們被限制在直徑約 1 米 [3.3 英尺] 的範圍內。”為了使用這種策略產生大量的電力，研究人員必須依賴多個反應堆。
另一個缺陷是，雖然這種核聚變反應堆產生的致命中子輻射比大多數正在開發的核聚變反應堆要少，但它仍然會產生一些中子和 X 射線。Paluszek 說：“輻射遮蔽是關鍵。”
此外，氦-3 在地球上很稀有。不過，Paluszek 說，可以使用核反應堆來產生氦-3。
普林斯頓衛星系統公司並不是唯一一家追求小型核聚變反應堆的公司。例如，Paluszek 指出，華盛頓州雷德蒙德的 Helion Energy 也打算融合氘和氦-3，而加利福尼亞州山麓牧場的 Tri Alpha Energy 則旨在融合硼和質子。
Paluszek 說：“核聚變可以實現使用當今技術過於昂貴和難以實現的、令人興奮的新科學任務。”
研究人員尚未用他們的裝置演示核聚變，但目標是在 2019 年至 2020 年實現這一目標。Paluszek 於 6 月 3 日在紐約舉行的私人太空科學黎明研討會上詳細介紹了他公司的研究。
編者注： 本文的早期版本指出，每個核聚變反應堆的直徑可達 10 米（33 英尺），並且 1 兆瓦的反應堆可以提供 200 萬瓦的電力。實際最大直徑約為 1 米（3.3 英尺），而 1 兆瓦的反應堆可以提供 500 千瓦的電力。
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