先得說個(gè)令人振奮的事情，在不到一個(gè)月之前，我們合肥的EAST取得了突破性的進(jìn)步，已經(jīng)把可以工作的時(shí)間延長(zhǎng)到了1000秒以上。

EAST的不斷成功，讓裝置上的紅旗越來越紅得耀眼了，這是我們的驕傲。

從2006年起，EAST已經(jīng)完成了超過15萬次的點(diǎn)火試驗(yàn)，先后突破了60秒大關(guān)、百秒大關(guān)、現(xiàn)在來到了千米秒，其核心溫度也可以穩(wěn)定在過億度。

好了，彩虹屁放完了。再說多了其實(shí)就是無腦吹了。

新聞媒體往往為了抓眼球吸引大家注意力只會(huì)采用十分炸裂的片面數(shù)據(jù)說給大家，例如過億度高溫或者運(yùn)行時(shí)間過千秒。這樣的說法十分容易讓大家對(duì)一個(gè)新聞事件產(chǎn)生興趣，但這里W君得告訴大家的是——這只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，它所取得的成績(jī)離真正的實(shí)用的商業(yè)設(shè)備化還十分遙遠(yuǎn)。

和前陣子告訴大家“鳴鏑只是一個(gè)驗(yàn)證機(jī)并不會(huì)有作戰(zhàn)能力”一樣，EAST核聚變裝置其實(shí)也只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。那么有人就會(huì)站出來裝作一個(gè)大聰明問“為毛國(guó)家花費(fèi)那么多的人力物力搞一個(gè)沒有用的東西？”，這里W君就有點(diǎn)要喊冤了鳴鏑也好EAST也罷，這類沒有實(shí)用性的實(shí)驗(yàn)裝置才是“最有用”的。昨天給大家講過科學(xué)研究到真正落地成為有用的產(chǎn)品或者技術(shù)都離不開工程學(xué)。科學(xué)研究會(huì)告訴你一個(gè)公式，而工程學(xué)是利用這個(gè)公式來做應(yīng)用題。

從理論到工程這是兩個(gè)不同層面的技術(shù)發(fā)展階段。說簡(jiǎn)單的可以理解的話——理論告訴你一座山上有一塊金子，工程則是你要拿著鋤頭翻遍整座大山，最后歷盡千辛萬苦找到了這塊金子。所以EAST團(tuán)隊(duì)的1000秒里程碑的慶祝依然是全國(guó)人民應(yīng)該一起慶祝的一樁美事，這意味著我們離理論上金子更近了。所以，ESAT的每一次點(diǎn)火都是新的希望的開啟、EAST的每一次熄滅都是經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的總結(jié)。

但，為什么EAST沒有商業(yè)上的實(shí)用價(jià)值呢？主要是入不敷出。為了讓EAST內(nèi)部產(chǎn)生核聚變反應(yīng)，我們輸入的能量要遠(yuǎn)大于裝置核聚變所產(chǎn)生的能量。按照EAST的設(shè)計(jì)這次實(shí)驗(yàn)所輸入的功率大約在12MW。

但，我們要注意試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)展示屏第二排最左邊的一塊屏幕，這個(gè)屏幕顯示的是EAST腔體內(nèi)的壓力水平——內(nèi)真空：1.13E-4Pa，也就是在實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)部的氣體壓力只有0.000113帕斯卡，大約是十億分之一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

所以說雖然在監(jiān)控中我們看到核聚變裝置中激烈的核聚變反應(yīng)放出了耀眼的光芒“熱鬧非凡”，但對(duì)于整個(gè)裝置來說其實(shí)就是跑了個(gè)寂寞。

算一下：EAST的腔室是5立方米，在內(nèi)部氣壓為0.000113帕斯卡，假使整個(gè)腔室的內(nèi)部的稀薄氣體都達(dá)到一億度，這時(shí)候內(nèi)部的等離子粒子密度，根據(jù)熱容量公式（）來計(jì)算

要知道這個(gè)裝置的工作的時(shí)候輸入功率為12MW，計(jì)算一下，工作了1066秒，大約消耗的能量是：

如果按照汽油的熱值為47.3MJ/kg來計(jì)算，相當(dāng)于在1066秒內(nèi)燒完了270公斤的優(yōu)質(zhì)汽油。而產(chǎn)出的能量69KJ則是相當(dāng)于燃燒1.46 g 汽油所釋放出的能量。

換大家能理解的概念，270公斤汽油大約365升，如果你開一輛小一點(diǎn)的轎車省著點(diǎn)開大約可以從北京開到拉薩。1.46g汽油放在打火機(jī)里面，大約夠點(diǎn)不到40次煙。

震驚嗎？但實(shí)驗(yàn)裝置就是這樣，解決的是從0到1的問題，而從1到10000的事情還得依靠不斷的改進(jìn)裝置逐步的提升效率才有可能實(shí)現(xiàn)。

這還只是EAST腔體內(nèi)的所有熱能，要知道，能量轉(zhuǎn)化和使用都會(huì)有損失，真正轉(zhuǎn)化到能用的能量連一盒煙都點(diǎn)不了。所以，我們做可控核聚變的路還有很長(zhǎng)很長(zhǎng)一段路要走，現(xiàn)在看還是不現(xiàn)實(shí)的。

昨天的文章中讀者的回復(fù)算是給講明白了吧？

當(dāng)然了，昨天還有很多人在提南天門計(jì)劃中的空天母艦也好空天戰(zhàn)斗機(jī)也好都可以使用核聚變作為能量來源。看了上面的內(nèi)容，還能堅(jiān)持這個(gè)觀點(diǎn)嗎？

還堅(jiān)持？那么咱們?cè)賮斫裉斓牡诙€(gè)暴擊。假使核聚變反應(yīng)堆咱們搞成了，可以自持并可以源源不斷的輸出能量。那么依靠核聚變反應(yīng)堆就可以提供空天戰(zhàn)機(jī)和空天母艦的航行動(dòng)力了嗎？

這件事就有點(diǎn)“大鍋燉宇宙”——異想天開了。不是十幾萬噸的航母都可以依靠核動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)嗎？怎么十幾噸重的小飛機(jī)、幾萬噸重的空天母艦反而無法驅(qū)動(dòng)了呢？

原因就在于航母是在水里啊！

核動(dòng)力航母的反應(yīng)堆是用來燒開水的，利用反應(yīng)堆中的核材料裂變所釋放出的熱量將水加熱成高溫高壓的蒸汽，然后將這些蒸汽導(dǎo)入到渦輪機(jī)里面推動(dòng)蒸汽渦輪旋轉(zhuǎn)。

渦輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動(dòng)力被傳導(dǎo)到螺旋槳的主軸帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，于是航母就獲得了在水中前進(jìn)的動(dòng)力。

周圍有能攪動(dòng)的水，就什么事情都好辦了。

但是在太空中有水嗎？沒有水，哪怕有點(diǎn)空氣也可以啊，至少可以用螺旋槳吧？

很遺憾，太空中就連空氣也是沒有的，傳統(tǒng)的依靠“借力打力”的推進(jìn)方式其實(shí)都起不到作用，你想靠螺旋槳使勁攪動(dòng)介質(zhì)獲得前進(jìn)的動(dòng)力是不可能的事情。

所以——這條靠燒開水獲得動(dòng)力的路不通了！不過好在我們的路并沒有被完全堵死，還有一個(gè)物理學(xué)定理給我們一條出路，這就是動(dòng)量守恒原理。

一艘船在水面上是可以不依靠攪動(dòng)水而獲得向前的動(dòng)力的，你只需要將船上的石頭不斷的向后仍，船就可以向前走——這就是動(dòng)量守恒定律的一個(gè)具象表現(xiàn)。

那么船前進(jìn)的速度和什么有關(guān)呢？動(dòng)量守恒的公式是這樣的，我們具象化到這艘小船上：石頭和船開始都是以V0的速度前進(jìn)，向后扔石頭依據(jù)動(dòng)量守恒定律如果V2是負(fù)數(shù)那么V1就一定大于V0這樣等式才可以成立。所以扔出去的石頭的質(zhì)量和速度決定了船前進(jìn)的速度增加量 也就是ΔV。

如果連續(xù)不斷的以一定速度扔出一大堆石頭最后船和石頭的整體質(zhì)量降低究竟船獲得了多少ΔV呢？這個(gè)公式：

Ve是扔出石頭的平均速度，M0是初始的時(shí)候船和石頭的總質(zhì)量，M1是扔完石頭剩下的質(zhì)量。到此——恭喜你，你在W君的輔導(dǎo)下接觸了齊奧爾科夫斯基火箭方程。

扔石頭太累，我們可以向后噴燃?xì)獍　?/p>

目前太空飛行的過程中最好的方式就是火箭向后噴燃?xì)狻Ｄ敲次覀兓氐胶芏嗳苏J(rèn)為南天門計(jì)劃中被很多粉絲所提到的終極動(dòng)力來源核聚變反應(yīng)堆。

這就是一個(gè)燒開水的鍋爐啊！它噴什么？往外噴噴子們的腦細(xì)胞嗎？

什么都不噴？那么我們還是回到火箭方程中初始質(zhì)量是1，結(jié)束質(zhì)量還是1 這個(gè)ln值是0啊，都不用看Ve了（反正也沒Ve），乘法算式中只要有一個(gè)0就夠了，最終ΔV=0，這代表什么呢？速度無法改變。

簡(jiǎn)單的再簡(jiǎn)單不過的道理，W君覺得但凡有初中二年級(jí)的文化水平應(yīng)該都是會(huì)想明白這件事的。這種事情無關(guān)所謂的科技突飛猛進(jìn)，早就被物理定律鎖死了。在太空中不噴出燃?xì)猓üべ|(zhì)）就很難做出任何機(jī)動(dòng)動(dòng)作，航天器就只能在軌道上旋轉(zhuǎn)。

這時(shí)候又又又有大聰明站出來說，不是有電噴嗎？沒錯(cuò)，是有霍爾推進(jìn)器或者更廣義的離子推進(jìn)器。這種“用電”的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)其實(shí)給大家很多誤解。

首先這類的“電火箭”并不像是電動(dòng)汽車的馬達(dá)一樣通過電磁感應(yīng)旋轉(zhuǎn)起來依靠地面的摩擦力給汽車加速的。而是用電電離稀有氣體，再用電場(chǎng)將稀有氣體中的離子加速到一個(gè)極高的速度上，將這些稀有氣體拋射出去的火箭。這種火箭加速工質(zhì)的過程并不是依靠燃燒，而是依靠電場(chǎng)加速。但并不是說這東西用電就不向外拋射質(zhì)量了。

其實(shí)這個(gè)東西還是符合火箭方程原理的，只不過利用電場(chǎng)加速稀有氣體離子可以讓這些稀有氣體離子的拋射速度更快，也就是火箭方程中的Ve更大，這樣對(duì)于工質(zhì)的消耗就可以變得相對(duì)較小，有助于長(zhǎng)時(shí)間的推進(jìn)。所以說這些“電火箭”并不是不攜帶燃料，而是攜帶較少燃料并且消耗較少的燃料而已。

但也正因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)，離子火箭的推力其實(shí)都做不大，如果單看推力，其實(shí)是這個(gè)公式在公式中m是推進(jìn)劑質(zhì)量流率（kg/s），Ve則是噴射速度，通常離子引擎的Ve可以做到每秒15000–50000米，相對(duì)于化學(xué)燃燒的火箭引擎來說這是一個(gè)想都不敢想的巨大燃速度，用效率最高的化學(xué)火箭燃?xì)馑俣绕鋵?shí)也就4400米/秒上下，這樣，我們是可以看出離子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)的。但是這種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的m小啊，也就是推進(jìn)劑質(zhì)量流率小，通常每秒幾克甚至幾毫克。所以兩兩相乘之后你會(huì)發(fā)現(xiàn)推力也只有幾牛頓而已。

還有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式是計(jì)算離子火箭的功耗推力的，一般是這樣寫：

P就是電推功率，2倍的電推功率/離子噴出速度就可以換算推力。但是你發(fā)現(xiàn)這時(shí)候Ve在分母的位置上，這就是一個(gè)相當(dāng)相當(dāng)尷尬的事情了，P大了，其實(shí)Ve也會(huì)增大這其實(shí)還是能量守恒，能量不可能平白無故的產(chǎn)生也不會(huì)平白無故的消失。所以在工質(zhì)流量不變的情況下Ve是隨著P一起增長(zhǎng)的。如何讓Ve保持相對(duì)低的水平但繼續(xù)增加P呢？單位時(shí)間內(nèi)多噴出點(diǎn)工質(zhì)就好了啊！

但如此一來，就增加了稀有氣體燃料的消耗，這就和離子推進(jìn)器的設(shè)計(jì)初衷相違背了。而且加大P是不是電源組件的重量也得加大呢？這到最后來算就有些得不償失了。

所以說，如果真有那么一艘以離子火箭推進(jìn)作為主推進(jìn)器的太空船，就省省心吧，他的燃料艙實(shí)際上比普通的化學(xué)火箭也小不了多少。

當(dāng)然了，還有那種看《三體》看多了的，覺得有了可控核聚變之后就可以搞什么無工質(zhì)推進(jìn)器的。

無工質(zhì)引擎這件事是這樣的，這件事并沒有理論研究基礎(chǔ)。只有幾個(gè)不成功的工程實(shí)踐。知道W君是怎么看這種事的嗎？前面說過，科學(xué)研究的理論會(huì)告訴一個(gè)人山里有塊金子，工程是這個(gè)人拿一個(gè)鋤頭進(jìn)山去找這塊金子。

但無工質(zhì)引擎這種沒有理論研究基礎(chǔ)的事情則是，一個(gè)人到了人跡罕見的大沙漠里面拿個(gè)篩子不停的篩沙子。人家問他為什么這樣做，他說撒哈拉沙漠里面有一張中頭獎(jiǎng)的彩票，找到了之后他就可以成億萬富翁了。這時(shí)候人家就好奇了啊，問“誰告訴你的？”，這人回答“我自己琢磨出來的”。

所以，知道可控核聚變驅(qū)動(dòng)“南天門計(jì)劃”是一種鐵鍋燉宇宙異想天開的事情了吧？如果你還覺得南天門幾乎這事情是真的，那移步去看張祥前的“統(tǒng)一場(chǎng)理論”去吧，在他那邊有很多美好的夢(mèng)想等待著大家的認(rèn)可和實(shí)現(xiàn)的，你們肯定說的來。