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嫦娥五号探月飞船已由胖五火箭成功发射升空，奔向月球，将实现“绕落回”和月球采样，把欧洲日本印度之流远远甩在身后，其意义之重大，就不用我赘述了。本期文章的重点，一个是探月登月，一个是能飞到另一颗恒星的核聚变飞船，然而探月根本用不着聚变飞船，化学火箭就足够了。这两者为什么能关联在一起呢？我是人马座A，一个来自核能界的科研狗，今天就和大家聊聊嫦娥五号、月球与核聚变飞船之间的重要关系。  嫦娥五号发射成功 将这三者联系在一起的，是月球表面土壤中存在的一种神奇的物质，它就是氦3，氦3的原子核由2个质子和一个中子构成，将来有可能为核聚变飞船提供燃料，实现前往临近恒星的星际旅行。而嫦娥五号这次就是要取回月球土壤的样品，因此，几十年之后，当人们回顾中国核聚变飞船的发展历史时，没准儿就会以这次发射作为开端呢。 核聚变飞船的难题您可能会问，目前的氢弹和可控聚变装置用的都是氘氚聚变，这个氦3算老几？有什么优势吗？别急，如果你想造一艘像《三体》描述的那样，以核聚变为能源的飞船的话，人马君会隆重推荐氦3聚变。为啥呢？先得从氘氚聚变的缺点说起：  设想中的核聚变飞船 大家都知道，氘就是重氢，原子核由一个质子和一个中子构成，氚原子核则是一个质子两个中子，氘氚聚变是现在主流的研究方向，这是因为这种聚变所需要的条件最容易达到，但它的缺点也相当明显：一个是氚比较难生产，需要用中子轰击锂来获得，生产出来后还会不断衰变，据说美国现在总的氚存量也只有100公斤左右，基本都是为了维持核武库之用。另一个缺点更加致命：氘氚聚变会产生大量的高能中子，非常难以屏蔽，同时，由于聚变产生的能量有80%被中子带走了，这部分能量如何利用，是个大难题。  建设中的国际热核试验堆ITER 在一般的可控核聚变装置中，在聚变区域外侧会设置一个巨大的包层，用水来屏蔽中子，同时吸收中子的能量。这在地面上能实现，但如果要造一艘核聚变飞船的话，就成了致命的缺陷，在飞船上根本没有条件设置包层，将能量转换为向后喷气的动量几乎没有可能。 未来的救世主：氦3这个时候，就轮到救世主氦3出场了：它可以通过氘-氦3或氦3-氦3两种方式来聚变，以氘-氦3聚变为例，释放的能量比氘氚聚变还多，最可爱的是它的产物是氦4和质子，没有中子，非常便于屏蔽和能量转化，可以通过磁场等方式将聚变后的物质向后方喷出，形成强大的聚变发动机。  氘和氦3聚变 根据上个世纪英国人提出的代达罗斯计划的数据，氘氦3聚变发动机的喷气速度可达1万公里每秒，当携带5万吨聚变燃料时，通过两级设计的发动机可达到光速的12%，可在50年内飞抵6光年外的巴纳德星。是不是很强很暴力？先不要过于high，氘氦3聚变虽然好，但它发生的条件比氘氚聚变要苛刻得多，温度要达到10亿度左右，简直难于登天，而且在这种温度下还有可能发生氘氘聚变，还是会有一些中子生成，只是能量不算太高。而完全“干净”的聚变是氦3和氦3自己聚变，完全不会产生中子，但这就更难实现了。 不管怎么说，如果要搞核聚变飞船，使用氦3仍然是必由之路，怎样实现它可以慢慢解决，但资源的问题必须提前考虑和布局。氦3主要存在于太阳风中，由于地磁场和大气层挡住了太阳风的侵袭，使得地球上的氦3非常少，据估计只有半吨。  地球磁场挡住了太阳风 但月球没有大气层，更没有磁场，地质活动也早已熄灭，在经历了太阳风持续几十亿年的吹拂后，在月壤中就积累了大量的氦3。根据阿波罗计划对月壤中氦3含量的分析，月球上氦3的总储量超过了100万吨，这些氦3用作核聚变燃料的话，可供人类用上一万年。而我国玉兔号火星车对月壤厚度的测量结果表明，氦3的储量很可能还被低估了。 嫦娥五号的重大使命既然月球上有如此宝藏，人类当然不能放过。曾经的两个超级大国：美国和苏联，都曾经将月球土壤带回地球。美国自不必说了，每次阿波罗登月都会带回20公斤以上的月球样品，而苏联在1970年代也曾发射多个探测器，每次能带回100多克样品。  阿波罗飞船带回的月壤 随着美苏探月计划的偃旗息鼓，40多年来，人类再没有收到过来自月球的物质，但对月球资源的竞争绝对不会停止，毕竟跑马圈地很有必要。现在，嫦娥五号披挂出征，将在美国2024年重返月球之前，完成对月球土壤的采样，并将至少1公斤样品带回地球，如果成功，我国将超过苏联，成为月球采样方面的第二名，并向第一名发起强有力的挑战。更重要的是：可以首次对月球上的氦3资源进行“看得见摸得着”的研究，意义是非凡的。  嫦娥五号使命重大 也许在多年以后，当我们驾驶着先进的聚变飞船，自由地穿越太阳系，甚至向临近恒星发起远征的时候，还会想起嫦娥五号发射成功这一刻呢！ |
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