嫦娥五號探月飛船已由胖五火箭成功發(fā)射升空，奔向月球，將實現(xiàn)“繞落回”和月球采樣，把歐洲日本印度之流遠遠甩在身后，其意義之重大，就不用我贅述了。本期文章的重點，一個是探月登月，一個是能飛到另一顆恒星的核聚變飛船，然而探月根本用不著聚變飛船，化學火箭就足夠了。這兩者為什么能關聯(lián)在一起呢？我是人馬座A，一個來自核能界的科研狗，今天就和大家聊聊嫦娥五號、月球與核聚變飛船之間的重要關系。

嫦娥五號發(fā)射成功

將這三者聯(lián)系在一起的，是月球表面土壤中存在的一種神奇的物質，它就是氦3，氦3的原子核由2個質子和一個中子構成，將來有可能為核聚變飛船提供燃料，實現(xiàn)前往臨近恒星的星際旅行。而嫦娥五號這次就是要取回月球土壤的樣品，因此，幾十年之后，當人們回顧中國核聚變飛船的發(fā)展歷史時，沒準兒就會以這次發(fā)射作為開端呢。

核聚變飛船的難題

您可能會問，目前的氫彈和可控聚變裝置用的都是氘氚聚變，這個氦3算老幾？有什么優(yōu)勢嗎？別急，如果你想造一艘像《三體》描述的那樣，以核聚變?yōu)槟茉吹娘w船的話，人馬君會隆重推薦氦3聚變。為啥呢？先得從氘氚聚變的缺點說起：

設想中的核聚變飛船

大家都知道，氘就是重氫，原子核由一個質子和一個中子構成，氚原子核則是一個質子兩個中子，氘氚聚變是現(xiàn)在主流的研究方向，這是因為這種聚變所需要的條件最容易達到，但它的缺點也相當明顯：一個是氚比較難生產(chǎn)，需要用中子轟擊鋰來獲得，生產(chǎn)出來后還會不斷衰變，據(jù)說美國現(xiàn)在總的氚存量也只有100公斤左右，基本都是為了維持核武庫之用。另一個缺點更加致命：氘氚聚變會產(chǎn)生大量的高能中子，非常難以屏蔽，同時，由于聚變產(chǎn)生的能量有80%被中子帶走了，這部分能量如何利用，是個大難題。

建設中的國際熱核試驗堆ITER

在一般的可控核聚變裝置中，在聚變區(qū)域外側會設置一個巨大的包層，用水來屏蔽中子，同時吸收中子的能量。這在地面上能實現(xiàn)，但如果要造一艘核聚變飛船的話，就成了致命的缺陷，在飛船上根本沒有條件設置包層，將能量轉換為向后噴氣的動量幾乎沒有可能。

未來的救世主：氦3

這個時候，就輪到救世主氦3出場了：它可以通過氘-氦3或氦3-氦3兩種方式來聚變，以氘-氦3聚變?yōu)槔?，釋放的能量比氘氚聚變還多，最可愛的是它的產(chǎn)物是氦4和質子，沒有中子，非常便于屏蔽和能量轉化，可以通過磁場等方式將聚變后的物質向后方噴出，形成強大的聚變發(fā)動機。

氘和氦3聚變

根據(jù)上個世紀英國人提出的代達羅斯計劃的數(shù)據(jù)，氘氦3聚變發(fā)動機的噴氣速度可達1萬公里每秒，當攜帶5萬噸聚變?nèi)剂蠒r，通過兩級設計的發(fā)動機可達到光速的12%，可在50年內(nèi)飛抵6光年外的巴納德星。是不是很強很暴力？先不要過于high，氘氦3聚變雖然好，但它發(fā)生的條件比氘氚聚變要苛刻得多，溫度要達到10億度左右，簡直難于登天，而且在這種溫度下還有可能發(fā)生氘氘聚變，還是會有一些中子生成，只是能量不算太高。而完全“干凈”的聚變是氦3和氦3自己聚變，完全不會產(chǎn)生中子，但這就更難實現(xiàn)了。

不管怎么說，如果要搞核聚變飛船，使用氦3仍然是必由之路，怎樣實現(xiàn)它可以慢慢解決，但資源的問題必須提前考慮和布局。氦3主要存在于太陽風中，由于地磁場和大氣層擋住了太陽風的侵襲，使得地球上的氦3非常少，據(jù)估計只有半噸。

地球磁場擋住了太陽風

但月球沒有大氣層，更沒有磁場，地質活動也早已熄滅，在經(jīng)歷了太陽風持續(xù)幾十億年的吹拂后，在月壤中就積累了大量的氦3。根據(jù)阿波羅計劃對月壤中氦3含量的分析，月球上氦3的總儲量超過了100萬噸，這些氦3用作核聚變?nèi)剂系脑挘晒┤祟愑蒙弦蝗f年。而我國玉兔號火星車對月壤厚度的測量結果表明，氦3的儲量很可能還被低估了。

嫦娥五號的重大使命

既然月球上有如此寶藏，人類當然不能放過。曾經(jīng)的兩個超級大國：美國和蘇聯(lián)，都曾經(jīng)將月球土壤帶回地球。美國自不必說了，每次阿波羅登月都會帶回20公斤以上的月球樣品，而蘇聯(lián)在1970年代也曾發(fā)射多個探測器，每次能帶回100多克樣品。

阿波羅飛船帶回的月壤

隨著美蘇探月計劃的偃旗息鼓，40多年來，人類再沒有收到過來自月球的物質，但對月球資源的競爭絕對不會停止，畢竟跑馬圈地很有必要。現(xiàn)在，嫦娥五號披掛出征，將在美國2024年重返月球之前，完成對月球土壤的采樣，并將至少1公斤樣品帶回地球，如果成功，我國將超過蘇聯(lián)，成為月球采樣方面的第二名，并向第一名發(fā)起強有力的挑戰(zhàn)。更重要的是：可以首次對月球上的氦3資源進行“看得見摸得著”的研究，意義是非凡的。

嫦娥五號使命重大

也許在多年以后，當我們駕駛著先進的聚變飛船，自由地穿越太陽系，甚至向臨近恒星發(fā)起遠征的時候，還會想起嫦娥五號發(fā)射成功這一刻呢！

#登月之旅開啟！嫦娥五號成功發(fā)射##嫦娥五號為何是我國最復雜的航天任務#