核聚变火箭

核聚变火箭是一种由核聚变推进器驱动的火箭的理论设计，它可以在不携带大量燃料供应的情况下在太空中提供高效和持续的加速。这样的设计将需要超越目前能力的聚变动力技术，以及更大和更复杂的火箭。

聚变核脉冲推进是一种利用核聚变能提供推进力的方法。

聚变（Fusion）的主要优势是其非常高的比冲，而其主要缺点是反应堆的（潜在的）大质量。聚变火箭可能比裂变火箭产生更少的辐射，从而减少所需的屏蔽质量。

制造聚变火箭最可靠的方法是使用氢弹，正如猎户座项目所提议的那样，但这样的航天器将是巨大的，而《部分禁止核试验条约》禁止使用这种炸弹。

出于这个原因，基于炸弹的火箭可能会被限制在只在太空中运行。另一种方法是使用电力（如离子）推进，使用核聚变产生的电力而不是直接推力。

航天器推进方法，如离子推进器，需要电力运作，但效率很高。在某些情况下，它们的推力受到可产生的电量的限制（例如，质量驱动器）。以核聚变动力运行的发电机可以驱动这样的航天器。一个缺点是，传统的电力生产需要一个低温能量汇，这在航天器中是困难的（即重）。将核聚变产品的动能直接转换成电能可以缓解这一问题。

一个有吸引力的可能性是引导火箭后面的核聚变废气提供推力，而不需要中间的电力生产。这在一些受限制的方案（如磁镜）中比在其他方案（如托卡马克）中更容易。

它对先进的燃料也更有吸引力。氦-3推进器将使用氦-3原子的聚变作为动力源。氦-3是一种具有两个质子和一个中子的氦同位素，可以在反应堆中与氘融合。由此释放的能量可以将推进剂从航天器的后面排出。

氦-3被提议作为航天器的动力源，主要是因为它在月球上的丰富程度。科学家们估计，月球上有100万吨可用的氦-3。只有20%的D-T反应产生的能量可以用这种方式使用；其他80%的能量以中子的形式释放出来，由于中子不能被磁场或固体壁引导，所以很难引导成推力。氦-3是由氚的β衰变产生的，氚可以由氘、锂或硼产生。

即使不能产生自我维持的核聚变反应，也有可能利用核聚变来提高另一个推进系统的效率，如VASIMR发动机。

为了维持聚变反应，必须对等离子体进行限制。最广泛研究的陆地核聚变配置是托卡马克，这是一种磁约束的核聚变形式。目前托卡马克非常重，推重比似乎是不可接受的。美国航空航天局/格伦研究中心为其发现二号概念飞行器设计提出了一个具有小长径比的球形环形反应堆。

发现者II号可以使用861公吨的氢推进剂，加上11公吨的氦-3-氘（D-He3）聚变燃料，在118天内将172公吨的载人有效载荷送到木星（或在212天内送到土星）。

氢被聚变等离子体碎片加热以增加推力，但代价是降低了排气速度（348-463公里/秒），因此增加了推进剂质量。

磁约束的主要替代方法是惯性约束核聚变（ICF），例如 "神匠 "项目提出的方法。一个小型核聚变燃料颗粒（直径为几毫米）将被电子束或激光点燃。为了产生直接推力，一个磁场形成推板。

原则上，可以使用氦-3-氘反应或无核聚变反应，以最 大限度地提高带电粒子的能量，并最 大限度地减少辐射，但使用这些反应在技术上是否可行是非常值得怀疑的。

1970年代的详细设计研究，猎户座驱动和代达罗斯计划，都使用惯性约束。在20世纪80年代，研究了ICF驱动的星际运输应用飞行器（VISTA）。锥形的VISTA航天器可以将100吨的有效载荷运送到火星轨道，并在130天内返回地球，或运送到木星轨道，并在403天内返回。将需要41吨的氘/氚（D-T）聚变燃料，加上4124吨的氢气驱逐剂。排气速度将是157公里/秒。