第548章 解決真空散熱難題的方法

  跟著翁筠宗，兩人來到了一間會議室。

  寬大的熒幕落下，一份有關於設計圖投映在了上面。

  這就是航天研究所在電磁推進系統上弄出來的‘空天發動機’的設計圖了。

  徐川從翁筠宗手中接過操控筆，認真的翻閱著熒幕上的設計圖。

  一張張的圖片從眼眸中劃過，從設計圖上來看，航天研究所設計出來的空天發動機，很像是一個‘屮’字。

  中間的狹長管道，是應用了改進型超導體材料而製造的電磁加速場和壓縮氣體室兩部分構成，形狀像一個沒有尖尖的圓錐連接了一個狹長的圓柱。

  狹長的加速場由內磁線圈、磁極、放電室、推進劑輸送管、陰陽氣體分配室等結構構成。

  其主要目的就是將壓縮氣體室吸收的空氣工質電解成等離子體後，經過強磁螺旋加速場提升速度，進而給發動機提供龐大的推力。

  而壓縮氣體室則處於狹長圓柱的最頂部，通過特殊的吸收裝置能將空氣大量吸納，並進行提供，排除掉空氣中的其他懸浮物、灰塵等雜質，向加速場提供純淨的空氣工質。

  這兩部分是屮字的中間區域，在設計上它一直貫穿航天飛機的機身，從機頭部分到機尾，為航天飛機提供主動力。

  而另外的兩個短一些的管道，則是部署在航天飛機機翼部分的小型推進裝置，它類似於主發動機，但起到的主動是進行輔助動力調節，轉向等方面的工作。

  從設計圖紙上來看，航天研究院的研究人員已經考慮到方方面面的工作。

  當然，這一份放出來的設計圖，並不是全部的細節，也不可能是全部的細節圖。

  畢竟一台航天發動機的設計圖，不可能只有這麽寥寥幾十張，再加兩個零都不夠。

  早期的航天航空發動機設計圖，那可真的是用卡車拉圖紙的，其他的不說，光是F22/F35上使用的F119發動機，其零部件多達數萬個，足以見得航天發動機的複雜程度，根本就不是普通的企業，甚至是國家能夠玩得轉的東西。

  事實上，全世界各國有能力獨立自行設計航天航空發動機的國家，加起來恐怕也就兩位數出頭。

  簡單而又認真的翻閱了一下空天發動機的設計圖，徐川饒有興趣的思索了一下，抬頭看向翁筠宗，開口道：

  “對於航天發動機的細節和設計我不是很懂，不過我有幾個問題想問一下。”

  “徐院士您說。”

  “第一個問題是磁場的屏蔽問題你們考慮了嗎？”思忖了一下，徐川開口問道：“在這款空天發動機的運行過程中，無論是改進型超導體還是相關的永磁結構，都會產生極為龐大的磁場，這會對航天飛機上的一些精密儀器和很多相關設備，以及人員都產生影響的。”

  “尤其是從設計圖來看，你們設計的這款發動機，其體型差不多足以覆蓋佔據整個航天發動機的底層，這樣一來，它的影響將更大。”

  翁筠宗點了點頭，開口回道：“考慮了的。”

  頓了頓，他接著道：“關於空天發動機的磁場屏蔽，主要通過磁屏蔽層和金屬屏蔽效率兩種方式來進行。”

  “在空天發動機的設計中，整個發動機系統處於航天飛機的底層，它將與中層的小型化可控核聚變反應堆及燃料室、上層的人員承載空間進行分離，分離層將使用極高效率的屏蔽材料製成保護罩，從而避免互相之間的影響。”

  “雖說這樣一來會增加不少航天飛機的自重，但目前來說也沒有其他的辦法能完美的解決磁場的影響了。”

  “畢竟您也很清楚，改進型超導體材料形成的磁場到底有多強大。”

  徐川點了點頭，道：“嗯，那這些屏蔽磁場和航天飛機本身的散熱呢？熱輻射的手段夠用嗎？”

  聽到這個問題，一般的人大概會覺得在外太空散熱還不簡單麽？外面就是零下兩百七十度的真空，在這麽寒冷的條件下，散熱不是輕而易舉的事情嗎？
  但事實上還真不是。

  初中的課本告訴了我們，熱傳遞方式主要是熱傳導、熱對流和熱輻射這三種。

  這三種傳熱方式相比，通常熱傳導以及熱對流的傳熱效率較高，而熱輻射效率較低，散熱過程更為緩慢。

  比如日常生活中使用的雙層的真空保溫杯，或者說熱水瓶，在裝入熱水時，相當於切斷了熱水通過熱傳導進行散熱（當然實際情況還是無法做到完全隔絕），因此保溫時間變得很長。

  而太空在正常情況下可以看做真空環境，這種環境下沒有空氣、泥土、水等這些常規物質作為導體，就無法通過熱傳導和熱對流與外界交換能量，只能通過熱輻射這種手段。

  但偏偏熱輻射散熱的速度很慢，效率很低。

  而磁場和屏蔽材料進行相互作用，以及航天飛機在運行的的時候，是會產生大量熱量的，這些熱量如果不傳遞出去，會極大的影響航天飛機的安全。

  因此散熱是航天飛機中的重大問題。

  聽到這個常規性質的問題，翁筠宗也沒多想，隻當這位可能不太了解航天方面東西，點了點頭他開口道：

  “散熱方面東西這些是航天必須考慮的，而考慮到的熱輻射散熱的速度較慢，航天飛機中又有大量設備運行不斷地產生熱量等問題，目前的做法是通過增加大量的散熱片向外輻射能量從而對設備進行降溫。”

  “與此同時，參考空間站和米國那邊航天飛機的配置，通過冷卻劑循環系統對熱量進行轉移。”

  徐川搖了搖頭，開口道：“常規的熱輻射散熱方式，我想恐怕很難解決掉磁場屏蔽層+航天飛機本身的熱量傳遞散發問題。”

  “如果說常規的空間站與航天飛機的熱產生數值是一，那對於應用小型化可控核聚變反應堆的航天飛機來說，熱產生數值恐怕不會低於十。”

  “無論是冷卻外場線圈過程中所誕生的熱量，還是磁屏蔽的熱量，恐怕都不是那麽好解決的。”

  聞言，翁筠宗皺起了眉頭。

  對於真空散熱來說，輻射這塊除了改善材料和變著法的增發比表面積，目前來說其實並沒有什麽太好的其他辦法。

  黑體輻射（完全熱輻射）頻率隻與溫度有關，而不同材料影響的只是物體對電磁波的反射和折射等，總體上輻射頻率隻與溫度有關。

  國際空間站就是類似的方案，通過堆面積來解決輻射散熱方案。

  而且關鍵是散熱板的溫度也不能提太高，畢竟製冷機兩熱庫溫差越大製冷機效率越低，所以其實散熱板溫度不會比熱源溫度高太多。

  如果說散熱板無法解決這個問題的話，麻煩就大了。

  對於徐川說的這個問題，航天研究所是考慮過的，但卻沒有想到這種方式會遠遠不夠。

  思索了一會，翁筠宗抬頭看向徐川，皺眉開口道：“如果是這樣的話，除了改善材料和變著法的增發比表面積，提升熱輻射效率外，就只有增加一部分工質重量來進行蒸發相變散熱了。”

  “但這樣的話，增加工質會增加航天重量，整體上來說有些會很得不償失。”
    航天飛機的重量，並不是可以隨意增加的，航天發動機的推力，是主要限制的原因。

  而且重量每增加一份，就需要增加一份的發動機推力不說，還需要額外補足一份燃料或工質。

  這樣一來，額外補足的燃料和工質，又佔據了一份重量。

  就像米國研發的史上最強運載火箭系統‘土星5號’一樣，其一級火箭的總推力高達3400噸，但實際上它最多只能將一百噸的物資送上近地軌道。

  剩下的三千三百多噸的推力，全都用於消耗自重上了。

  所以說，航天飛機的重量，設計上的每一次的改變造成的影響都是巨大的。

  更關鍵的是，空天發動機的推力到底有多少，他們目前還不知道。

  盡管從理論上來說，運用了改進型超導材料和螺旋式軌道增加了加速場長度的空天發動機，推力能到達百KN級，但實際上有多少，只有等第一次測試後才能知道了。

  這種情況下，每增加一分散熱工質，對於發動機推力的要求，就高一分，條件要求，就極為苛刻了。

  思索著，翁筠宗看向徐川，試探性的問道：“徐院士您這邊有什麽想法嗎？”

  雖然提出了問題，但老實說他並不覺這位在航天散熱方面能有什麽好的想法。

  畢竟跨行如跨界，航天領域和可控核聚變領域是兩個完全不同的領域，試探性的問一下，也只是隨口的性質。

  而且外太空真空環境下的航天器散熱，是全世界都在犯愁的巨大難題。

  世界性質的，有能力推動衛星或者空間站上天的，都需要面臨這個極大的麻煩。

  不過讓他沒想到的是，這位出乎意料的點了點頭，表示自己真的有辦法解決。

  有些驚訝的看了一眼，翁筠宗好奇的開口道：“怎麽說？”

  徐川笑了下，拾起桌上的控制筆，將熒幕上的空天發動機設計圖翻到結構上。

  “我之前大致的計算了一下，以目前的熱輻射效率對使用空天發動機和小型化可控核聚變技術結合的航天飛機進行散熱的話，至少需要兩個表面積的航天飛機散熱板來進行。”

  “但這很顯然是不現實的，我們不可能隨身攜帶如此之多的散熱板上天。”

  “那麽尋找一種新的散熱方式是必須的。”

  “而考慮到太空中特殊的真空環境，拋開熱輻射外，能用的手段就沒多少了。”

  “你剛剛說的通過增加一部分工質重量來進行蒸發相變散熱是可行的手段，但它會導致航天飛機自重的增加，這對於各方面都影響較大。”

  “不過要解決散熱問題的話，還是得依賴散熱工質來解決.”

  聽到這，翁筠宗眼神中帶上了一些疑惑，有些不解的看向徐川，即想通過工質解決散熱，又不想增加航天器的自重，這怎麽做？
  留意到他的眼神，徐川笑了笑，指著熒幕上的空天發動機設計圖繼續道：“所以我需要伱們對空天發動機的設計進行一下改造，在這兩個位置增加一套蒸發相變散熱裝置。”

  順著徐川所指的位置看去，翁筠宗的目光落在了航天工質存儲器與加速場的管道中。

  盯著設計圖看了一會，他瞳孔驟然收縮了一下，忍不住咽了口唾沫，深吸了口氣開口道：“您的意思是，準備通過原有的航天工質來解決散熱這個問題？”

  徐川笑著點了點頭，道：“沒錯。”

  “額外的進行散熱工質的增加，不僅會壓縮航天飛機上的空間，也會對於航天飛機和空天發動機造成極大的負擔。”

  “但與傳統的霍爾推進單元以及空間站的等設備不同的是，空天發動機對工質的利用是進行電離的，它通過磁場進行額外的加速，不在乎工質的狀態到底是什麽樣的。”

  “這種情況下，我們可以通過預先存儲液態的超低溫工質，來通過冷卻劑循環系統對航天飛機內部的循環熱量進行轉移，將其在航天工質上進行釋放，然後轉移到空天發動機裡面，再排到外太空去。”

  一旁，翁筠宗的眼神越發的明亮和敬佩，他順著徐川的話繼續往下道：“而且超低溫狀態下的工質在進入加速場前就進行了預熱，這也能降低一部分空天發動機對電能的消耗.”

  徐川笑著搖搖頭：“這部分的節省倒是不算什麽，關鍵的點在於通過這種方式能解決掉航天飛機的內部熱量就行。”

  “理論上來說，這種方式是可以的，只是實際上航天工質對熱量的轉移和消耗能有多少，這個就需要你們來進行具體的實驗了。”

  頓了頓，他又補了一句：“而且你們不僅要進行實驗測試數據，你們還要對測試哪種常規航天工質能更多的帶走熱量。”

  翁筠宗迅速點頭，道：“這個沒問題，這種實驗我們不需要等空天發動機制造出來，現在就可以做。”

  模擬太空環境測試工質的熱承載度這種實驗，雖然對實驗環境的要求很高。

  但這可是國內最頂尖的星海研究院，製造個超低溫真空環境輕而易舉。

  徐川笑道：“那就交給你們了。”

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  (本章完)