핵융합 플라즈마 로켓

기술 > 응용 > 운송 > 행성간 운송
기술 > 응용 > 운송 > 성간 운송
기술 > 응용 > 운송 > 추진 기술

핵융합을 이용한 추진
이미지 제공: Steve Bowers
기체역학 거울 융합 선박; 긴 융합 튜브와 광범위한 냉각 방열판에 주목하세요

융합 플라즈마 로켓 - 데이터 패널
요약:	초기 행성간 시대(Interplanetary Age)에 개발된 융합 플라즈마 로켓은 구 태양계의 주력이었으며, 특히 당시 제네테커와 우주 적응된(Space Adapted) 트윅(Tweak) 문화에서 선호되었다. 일부 매우 초기의 성간 임무에서 융합 추진을 사용했지만, 현대에는 성간 운송에 거의 항상 더 발전된 추진 시스템이 사용된다. 오늘날에도 융합 로켓은 많은 중급 기술 정치체에서 행성간 운송이나 레크리에이션 용도로 사용된다
참고	외부 핵분열-융합 펄스 구동
기본 추진:	반동
비추력	연료와 설계에 따라 다양함 (아래 참조)
연료	D-T, D-D, D-He3, He3-He3, D-D, p-B11
반응 질량:	일반적으로 수소; 때때로 물 또는 기타 유체
최소 필요 기술:	중급에서 고급 기술 (정보/행성간 시대 상응)
물질 조작:	마이크로스케일/나노스케일 (정밀 재료)
최초 도입:	정보 시대
사용자:	넥서스에서 떨어진 많은 정치체, 클레이드, 개인 및 그룹, 자원이 부족한 태양계, 심층 협약(Deeper Covenant) 구성원, 주변부 및 일부 반AI 러다이트 그룹
사용 용도:	중속 행성간 운송, 일부 저속 성간 임무
건설 비용:	오토팩(Autofac): 높음 (부피가 크고 정밀 재료 필요); 하일로나노: 구성 재료가 있다면 합리적으로 저렴함
운영 비용:	연료 가용성에 따라 다름
장점:	합리적으로 신뢰할 수 있음, 합리적으로 좋은 성능, 대부분의 태양계에 있는 재료로 제작 가능; 반물질(Amat) 불필요 단점: 행성간 또는 매우 느린 성간 용도로만 사용 가능

융합 플라즈마 로켓

기본 원리

융합 플라즈마 로켓은 가벼운 원소의 이국적인 동위원소로 이루어진 확산 플라즈마를 가열하거나 에너지를 공급하여 이러한 동위원소들이 더 무거운 원자의 핵으로 결합하는 지속적인 반응이 일어나도록 한다. 이는 하전 입자와 중성자 형태로 에너지를 방출한다. 중성자는 원하지 않는 부산물이며 일반적으로 주변 구조와 기계를 가열하거나 우주로 탈출하게 된다. 그러나 하전 입자는 플라즈마에 열을 추가하여 온도를 유지한다. 플라즈마의 자기 구속에 누출이 발생하여 뜨거운 배기가스가 고속으로 우주로 배출되도록 한다. 이 배출되는 배기가스가 로켓 추진력을 제공한다.

융합 로켓에서 나오는 매우 뜨겁고 확산된 플라즈마는 종종 실용적이지 못한 약한 추력을 제공하며, 높은 배기 속도를 가지지만 추진을 위한 반응 질량이 최소한이다. 결과적으로 대부분의 융합 플라즈마 로켓은 대기 제트 터빈 엔진과 유사하게 때때로 "애프터버너"라고 불리는 두 번째 플라즈마 챔버를 통합한다. 뜨거운 융합 플라즈마는 2차 챔버로 배출되어 더 밀도가 높은 가스나 플라즈마와 만난다. 뜨거운 융합 가스와 2차 유체의 혼합은 더 밀도가 높고 차가운 플라즈마를 생성한다. 이 플라즈마는 우주로 탈출하도록 허용되어 같은 출력에서 더 낮은 배기 속도로 더 많은 추력을 제공한다. 가열된 애프터버너 플라즈마는 융합 로켓 플라즈마 배기의 에너지와 같은 입력 에너지와 85% 이하의 출력 효율을 가진 열 플라즈마 로켓처럼 작동한다. 특히 주어진 추진제 질량 유량 m'(kg/s)와 출력 P(와트)에 대해 힘(뉴턴)은 F = √ (1.7 P m')이며 85% 노즐 효율이다. 애프터버너에 사용되는 추진제는 융합 플라즈마의 것과 같을 필요가 없다 - 대량 애프터버너 추진제는 일반적으로 가장 쉽게 구할 수 있고 쉽게 증발할 수 있으며 쉽게 저장할 수 있는 재료이다. 이러한 애프터버너는 빠른 행성간 여행에 종종 필요하지만, 성간 임무의 경우 ΔV의 대가가 너무 높아 애프터버너는 일반적으로 별들 사이의 여행에 사용되지 않는다.

융합 플라즈마 로켓은 여러 면에서 전기 구동 플라즈마 로켓과 유사하다. 주요 차이점은 융합 플라즈마 로켓이 내부적으로 에너지를 생성하는 반면, 기존 플라즈마 로켓은 플라즈마를 에너지화하기 위해 외부 전력원에 의존한다는 것이다.

융합 플라즈마 로켓은 융합 반응이 밀폐된 반응로 내부에서 발생한다는 점에서 융합 펄스 로켓과 구별되며, 자기 노즐 내의 우주선 외부에서 작은 융합 폭발을 폭발시키는 것과는 다르다.

대부분의 융합 반응은 얇은 융합 플라즈마를 쉽게 통과하여 반응로 벽과 상호작용하는 중성자나 고에너지 제동복사 광자 형태로 방사선을 생성한다. 이것은 추진에 관한 한 낭비된 에너지이다. 이러한 방사선이 로켓에 사용되는 융합 플라즈마를 가열하지 않기 때문이다. 더욱이 반응로 벽을 가열하여 우주선의 열 부하를 증가시키고 열을 제거하는 데 필요한 방열판의 면적과 질량을 증가시킨다. 긍정적인 측면에서는 반응로 벽과 방열판 사이에서 열 엔진을 작동시킬 수 있으며 일반적으로 고온 가스 터빈 이를 사용하여 전력을 생성할 수 있다. 방열판 면적을 최소화하기 위해 열 엔진은 일반적으로 최대 효율이 1/4 이하이므로 방사된 융합 출력의 최대 1/4를 실용적인 선내 사용을 위한 전기 또는 기계 출력으로 추출할 수 있다. 또한 터빈과 발전기를 추가해야 하며, 이들은 함께 우주선에 질량을 추가한다. 추진에 사용되지 않는 융합 플라즈마의 에너지는 높은 효율(일반적으로 80%에서 95% 사이)로 자기유체역학 발전기로 직접 포착하여 전력을 생성할 수 있다.

때때로 융합에서 나오는 중성자나 제동복사 방사선을 사용하여 수소 추진제를 가열하는 이중 모드 융합 로켓이 보인다. 뜨거운 기체 수소는 약 10 km/s의 배기 속도로 탈출하도록 허용된다. 이것은 훨씬 더 많은 추진제 사용을 대가로 융합 플라즈마 로켓보다 훨씬 높은 가속도를 제공할 수 있는 융합 열 로켓(Thermal Rocket)을 생성한다. 높은 가속도가 바람직하지 않을 때 우주선은 순수 융합 플라즈마 로켓으로 전환한다. 이런 식으로 낭비되거나 열 부하를 추가할 에너지의 대부분을 대신 추진에 사용할 수 있다. 70% 효율의 고체 노즐을 사용하면 10 km/s의 수소 추진제를 사용하는 열 로켓은 중성자 및 제동복사 출력 7 kW당 1 뉴턴의 추력을 달성할 수 있으며, 추력 1 뉴턴당 초당 0.1그램의 추진제를 사용한다.

열 융합로

열 융합로는 뜨거운 플라즈마를 구속하여 융합을 유지한다. 열 융합로가 사용할 수 있는 세 가지 주요 열핵융합 반응이 있으며, 대부분의 열 융합 반응로는 이들 중 어느 것이든 사용할 수 있지만, 일부는 하나만을 위해 최적화될 수 있다(예: D-T 반응로의 삼중수소 생산을 위한 리튬 블랭킷 추가, 또는 D-He3 반응로의 대량 중성자 플럭스를 처리하는 데 필요한 엔지니어링 트레이드오프를 하지 않는 경우).

열 융합 로켓은 대체로 구식이며, 먼저 비열 반응로에 의해, 그 다음 단극자가 이용 가능해지면서 변환 반응로에 의해 대체되었다.

D-T

생산하기 가장 간단한 융합 반응은 두 수소 동위원소인 중수소(종종 D로 표시) 및 삼중수소(T로 표시) 사이의 반응이다. 이 D-T 융합은 13.6 keV의 최적 온도에서 발생하며, 이는 다른 어떤 융합 반응보다 훨씬 낮아 점화하기 가장 쉽다. 또한 주어진 압력에서 플라즈마를 구속할 수 있는 반응로의 경우 D-T 반응은 다른 어떤 융합 반응보다 2자릿수 이상 더 많은 출력을 생성한다.

그러나 D-T 융합에는 두 가지 심각한 단점이 있다. 첫째는 반응 에너지의 80%가 중성자로 가며, 이는 추진에 사용될 수 없고 방사선 위험이며 점차 반응로를 변환시키고 취화시킨다. 다른 하나는 삼중수소 자체가 반감기 12.32년의 방사성 물질이라는 것이다. 누출 시 방사선학적 위험을 초래하는 것 외에도, 이는 삼중수소가 결국 붕괴하기 때문에 장기간 저장할 수 없다는 것을 의미한다. 많은 경우 삼중수소는 반응로를 둘러싼 리튬 블랭킷에서 현장에서 생성된다. 중성자는 리튬과 반응하여 삼중수소를 생성하고, 그 다음 용융 리튬 금속에서 회수된다. Li-6과 중성자의 반응은 삼중수소 원자와 헬륨 원자를 생성하여 열로 처리해야 하는 더 많은 에너지를 방출하는 반면, Li-7과 중성자의 반응은 삼중수소, 헬륨 핵 및 추가 중성자를 생성한다. 종종 반응로는 단순히 리튬 재생기 없이 얇은 벽으로 만들어져 가능한 한 많은 중성자가 우주로 탈출하여 우주선의 열 부하를 줄일 수 있다.

명목상 85% 노즐 효율로 D-T 융합 로켓의 배기 속도는 중수소와 삼중수소를 균등하게 혼합하여 작동할 경우 0.00385 c 또는 1150 km/s가 된다. 이는 추력 1 뉴턴당 3.4 MW의 융합 출력이 필요하며, 그 중 2.7 MW는 중성자 형태이고 0.7 MW는 배기의 운동 및 열 에너지에 존재한다. 필요한 연료는 추력 1 뉴턴당 초당 0.35 밀리그램의 D와 0.52 밀리그램의 T이다.

최초의 융합 플라즈마 로켓은 리튬 생성 블랭킷을 제외하고 거의 1 kW/kg에 가까운 비출력을 가진 D-T 추진기였다. 목성 연맹(Jovian League)의 통합 시점까지 비출력은 10 kW/kg로 상승했다. 그러나 삼중수소 저장의 어려움은 일반적으로 이러한 설계가 추가 질량이 있는 리튬 블랭킷을 사용하거나 결과적으로 80배의 출력 손실이 있는 D-He3을 대신 연소시킨다는 것을 의미했다. 이론적으로 테크노칼립스(Technocalypse) 시대의 융합로는 D-T 연료로 작동하면 1 MW/kg에 접근할 수 있었지만, 실제로 이러한 반응로는 D-He3으로 작동되었고 전력 D-T 연소에서 나오는 중성자 플럭스는 짧은 시간에 반응로를 녹였을 것이다.

D-D

중수소-중수소 반응은 주로 연료가 거의 모든 곳에서 풍부하기 때문에 가치가 있다. 방사성이 아니며 정상 수소가 있는 곳이라면 어디서나 찾을 수 있으며 약 6,500 부분 H당 1 부분 D의 비율이다. 그러나 D-D 융합 반응은 D-T보다 훨씬 느리게 진행된다. 불행히도 주요 에너지 손실 메커니즘인 제동복사로 알려진 전자와 핵의 충돌로 인한 X선 방출은 D-D와 D-T 모두 동일하게 유지된다. 이러한 X선은 얇은 플라즈마를 쉽게 통과하여 에너지를 융합 플라즈마에서 아무 소용이 없는 반응로 벽으로 이동시킨다. 융합 출력이 제동복사 출력을 초과하려면 반응로를 훨씬 더 높은 온도에서 작동시켜야 하며, 이는 반응로의 같은 압력에서 더 확산된 플라즈마를 의미하고 결과적으로 더 적은 출력을 의미한다. D-D 반응로는 일반적으로 주어진 융합 출력에 대해 제동복사를 최소화하기 위해 100 keV에서 500 keV의 온도에서 작동되며, 반응로가 D-T를 연소하는 경우보다 10,000배에서 25,000배 적은 출력을 생성한다.

중수소에는 두 가지 가능한 융합 반응이 있다 - 하나는 양성자와 삼중수소 핵을 생성하고, 다른 하나는 중성자와 헬륨-3 핵을 생성한다. 둘 다 융합 플라즈마에서 동일한 비율로 발생한다. D-D 반응로의 일반적인 온도에서 생성된 삼중수소 또는 헬륨-3 핵은 즉시 중수소와 융합하여 더 많은 에너지를 생성하고, 삼중수소의 경우 또 다른 중성자를 생성한다. 전체적으로 중수소 융합이 방출한 에너지의 38%가 중성자 형태이다. D-T와 마찬가지로 이러한 중성자는 성가시고 추진에 쓸모가 없다. 또한 100 keV에서 에너지의 약 절반이 제동복사로 손실되는 반면, 500 keV에서는 총 출력의 1/3으로 감소한다. D-T와 거의 같은 비율의 융합 출력이 추진에 사용 가능하며, 차이점은 제동복사 부분의 낭비된 출력이 항상 반응로 벽과 상호작용하고 방사선학적 위험을 일으키거나 반응로의 구조를 저하시키지 않는다는 것이다. 이는 제동복사 X선이 반응로 벽을 통과하여 우주로 간단히 통과할 수 없기 때문에 더 큰 열 부하로 이어질 수 있다.

85% 노즐 효율에서 100 keV의 D-D 융합 플라즈마는 0.0116 c 또는 3,500 km/s의 배기 속도를 제공한다. 이것은 17.1 MW의 융합 출력당 1 뉴턴의 추력을 생성하며, 그 중 6.5 MW는 중성자로 손실되고 8.6 MW는 제동복사로 손실되며 2.0 MW는 배기 플룸으로 가며 초당 0.29 mg의 중수소를 소비한다. 500 keV에서 배기 속도는 0.026 c 또는 7,800 km/s이며, 뉴턴당 15.8 MW의 출력이 필요하며, 그 중 6.0 MW는 중성자로 손실되고 5.2 MW는 제동복사로 손실되며 4.6 MW는 배기로 배출되고, 뉴턴당 초당 0.13 mg의 중수소를 사용한다.

D-He3

상당한 양의 중성자를 만들지 않는 반응을 찾는 과정은 중수소와 이국적인 헬륨 동위원소인 헬륨-3을 융합할 수 있는 반응로로 이어진다. 중수소핵과 헬륨-3 핵의 융합은 양성자와 일반적인 헬륨 동위원소인 헬륨-4의 핵을 생성한다. 두 반응 생성물 모두 전하를 띠고 있으며 빠르게 에너지를 융합 플라즈마에 방출한다. D-He3 융합 반응은 최적 출력과 제동복사 최소화 측면에서 50 keV에서 60 keV의 온도에서 최적화된다. 이 온도 범위에서 D-He3으로 작동하는 반응로는 D-T를 융합하는 경우보다 80배 적은 출력을 생성한다.

그러나 D-He3 반응로는 완전히 무중성자가 아니다 - 플라즈마의 중수소 사이에서 소량의 D-D 융합이 발생한다. 잘 설계된 반응로에서는 총 에너지의 약 1/20이 중성자로 손실되므로 D-He3 반응로를 설계할 때 중성자 활성화, 변환 및 취화를 고려해야 하며, 방사선에 민감한 장비, 승무원 및 승객에 대한 중성자 방사선 차폐도 고려해야 한다. 반응로를 헬륨-3이 풍부하게 작동시키면 총 출력에 대한 중성자 생성량이 감소하지만 사용 가능한 총 출력도 감소한다. 또한 융합 출력의 약 1/5가 제동복사로 손실된다. 나머지 3/4의 융합 출력은 플라즈마에 남아 추진에 사용될 수 있다.

헬륨-3은 원시 헬륨이 발견되는 곳이면 어디서나 이용할 수 있으며 - 일반적으로 별과 가스 행성에 있다. 암석이나 얼음 행성, 소행성, 위성 및 소행성에서는 매우 드물다. 소량의 헬륨-3은 태양풍에 의해 대기가 없는 암석 천체의 표면 풍화층에 박혀 있으며, 훨씬 더 적은 양은 방사성 붕괴로 인한 암석 행성의 우물에서 추출할 수 있다. 헬륨-3은 또한 강력한 중성자원(예: D-T 융합 반응로)으로 리튬에서 삼중수소를 생성하고 삼중수소가 헬륨-3으로 붕괴될 때까지 기다려서 인공적으로 만들 수 있다. 이러한 공급원 중 가스 행성과 산업 제조만이 융합 출력 및 융합 로켓의 대규모 경제적 사용에 충분한 헬륨-3을 생성한다 별들이 헬륨-3을 위해 경제적으로 채굴될 수 있을 때쯤에는 출력과 추진을 위한 더 나은 대안이 있다.

D와 He3의 균등한 혼합으로 작동하고 85% 노즐 효율을 가진 반응로는 0.0077 c 또는 2,300 km/s의 배기 속도를 생성한다. 추력 1 뉴턴당 1.82 MW가 필요하며, 그 중 0.36 MW는 제동복사로 손실되고 0.09 MW는 중성자로 손실된다. 나머지 1.37 MW는 배기 스트림에 투입된다. 각 1 뉴턴의 추력은 초당 0.17 mg의 D와 0.26 mg의 He3이 필요하다.

비열 융합로

비열 반응로는 제동복사를 생성하는 원자핵과 전자 사이의 충돌을 제한하기 위해 융합 플라즈마를 잘 정의된 온도로 유지하지 않는다. 비열 설계를 사용하는 반응로는 제1연방(First Fed)의 초기 역사에서 중요했지만, 나중에 단극자가 이용 가능해지면서 변환 반응로로 대체되었다.

p-B11

양성자와 붕소-11 동위원소 사이의 융합 반응은 중성자가 생성되지 않으며, 중성자 생성 융합 반응으로 이어지는 부반응도 없다. 또한 두 반응물 모두 암석 행성에서 일반적으로 구할 수 있어 가스 행성의 깊은 중력 포텐셜 우물에서 끌어올릴 필요가 없기 때문에 연료가 더 저렴하다. 그러나 p-B11 융합 반응에는 한 가지 중요한 단점이 있다 - 양성자와 붕소-11의 뜨거운 융합 플라즈마는 항상 융합에서 얻는 것보다 제동복사에 더 많은 에너지를 잃는다. 결과적으로 뜨거운 p-B11 플라즈마는 자체 지속 융합 연소에서 결코 점화될 수 없다.

이 한계를 극복하기 위해 p-B11 반응로는 비열 플라즈마로 작동해야 한다. 제동복사는 전자와 핵 사이의 충돌의 결과이므로 p-B11 융합 플라즈마는 에너지가 높은 양성자와 붕소-11 핵을 가져야 하지만 그럼에도 고속으로 전자와 충돌하지 않아야 한다. 이것은 도전적인 설계 제약이며 초기 융합 반응로가 D-T, D-D 또는 D-He3 반응을 사용한 이유이다.

p-B11 반응로를 만들 수 있을 때, 그들은 직접 반응 생성물을 수확할 수 있으며, 이는 융합 중인 입자보다 훨씬 더 에너지가 높고 확산 플라즈마의 구속 밖으로 날아갈 수 있다. 이것은 두 가지 중요한 효과가 있다. 첫째, p-B11 융합 플라즈마 로켓의 배기 스트림은 대부분 연소되지 않은 융합 플라즈마를 우주로 배출하는 대신 완전히 연소된 연료로만 구성된다. 둘째, 배기 속도가 특히 높다 - 0.044 c 또는 13,300 km/s이다. p-B11 융합 플라즈마 로켓은 추력 1 뉴턴당 7.86 MW가 필요하며, 모두 배기 제트에 전달된다. 각 1 뉴턴의 추력은 또한 매초 6.3 마이크로그램의 수소와 68.9 마이크로그램의 붕소-11을 소비한다.

대추방(Great expulsion) 동안, 가이아는 도망치는 방주선에 많은 p-B11 융합 플라즈마 로켓을 제공했다. 이러한 반응로의 역공학을 통해 모도소폰트는 제1연방 시기(First Federation period)까지 거의 10 kW/kg의 비출력을 가진 p-B11 반응로와 로켓을 만들 수 있었다. 이와 동일한 반응로는 9배의 출력으로 D-He3로도 작동할 수 있다.

D-He3

뜨거운 융합 플라즈마의 제동복사를 줄임으로써 D-He3 반응은 더 효율적으로 진행될 수 있고 반응 생성물을 더 잘 수확할 수 있다. 비열 D-He3 로켓의 배기는 두 개의 별도 스트림이다 - 0.177 c (53,100 km/s)의 배기 속도를 가진 수소와 0.044 c (13,200 km/s)의 배기 속도를 가진 헬륨이다. 추력 1 뉴턴마다 18.9 마이크로그램의 중수소와 28.3 마이크로그램의 헬륨-3을 소비하며, 85.8 MW의 융합 출력이 필요하며 그 중 4.3 MW는 중성자로 손실되고 81.5 MW는 배기 제트로 간다.

D-T와 D-D

비열 융합로는 D-T와 D-D 융합도 사용할 수 있지만, 결과적인 중성자 플럭스는 일반적으로 금지적이다. 때때로 비열 반응로는 D-T 융합을 사용하여 명목상 p-B11 융합 반응의 700배의 출력으로 매우 높은 출력을 생성하도록 설계되지만, 특별한 중성자 플럭스는 일반적으로 이를 펄스 작동으로 제한하거나 매우 짧은 반응로 수명을 초래한다.

비열 융합 로켓의 배기 스트림이 애프터버너로 향하면, 애프터버너 플라즈마는 다른 열 플라즈마 로켓처럼 작동하는 열 플라즈마이다.

이미지 제공: Steve Bowers와 John M. Dollan
Almucantar, 자기 구속 융합 구동 화물선 등급

몇 가지 일반적인 설계

자기 구속: 자기 구속 융합 로켓은 버킹 코일을 사용하여 환형 자기 융합 반응로에서 자속관을 추출하고 추력을 배출한다. 극복해야 할 많은 기술적 어려움이 있었으며, 특히 자기장 강도와 코일의 크기 및 무게와 관련이 있었으며, 이 엔진은 2세기 중반 경량 초소형 융합 반응로의 발명으로 실용화되었다. 그들은 내부 태양계에서 큰 반물질(Antimatter) 카르텔의 생산 증가로 경제적이 된 반물질 융합(Amat fusion) 하이브리드 구동에 의해 대체될 때까지 행성간 시대에 매우 빠르게 표준이 되었다.

기체역학 거울 융합: 융합이 토러스에서 발생하지 않고 선형으로 발생하며 각 끝에 거울 자석이 있는 자기 구속의 한 형태이다. 이 원통형 배열은 필연적으로 매우 길지만, 긴 반응 챔버는 다양한 열 방열판을 챔버의 길이를 따라 편리하게 배치할 수 있게 한다. 페이지 상단의 이미지 참조

관성 구속: 연료는 레이저 또는 입자 가속기의 빔에 의해 표적이 된다. 연료는 자체 관성과 빔 자체의 압력으로 충분히 오랫동안 제자리에 고정되어 융합을 겪는다. 전형적인 관성 구속 모터는 내부로 향한 빔 생성기로 모든 면에서 완전히 둘러싸인 중앙 반응 챔버를 가지며, 하나의 개구부만 있는 외부 동심 쉘을 형성한다 - 로켓 노즐 자체이다.

관성 정전 구속: 이러한 로켓은 정전기장을 사용하여 융합 반응을 포함하고 지시한다. 구성은 구형 또는 원통형일 수 있다; 하나의 유용한 설계인 Polywell 융합로는 다면체 배열을 사용하여 이러한 로켓에 독특한 기하학을 제공한다. 고급 IEC 융합 모터만이 p-B11 융합을 포함하는 데 필요한 조건을 만들 수 있다.

몇 가지 설계 고려 사항

방열판: 모든 융합 모터에서 작동의 강렬한 열은 용융을 방지하기 위해 효율적인 냉각 시스템과 대형 방열판이 필요하다. 방열판은 서로를 향해 방사하지 않으면 우주에서 가장 효율적이므로 단일 평평한 방사 표면 시트 또는 직각으로 배열된 두 개의 시트(또는 이들의 조합)가 가장 효율적이다.

차폐: 융합 구동은 반응에 따라 중성자와 고에너지 광자 수준을 생성한다. 고속 중성자를 가장 잘 차폐하는 물질은 물이나 폴리머와 같은 수소 함유 물질이며, 느린 중성자는 붕소로 차단할 수 있다. 고에너지 광자는 밀도가 높은 금속층으로 가장 잘 차단된다.

성간 사용: 내부 융합 구동은 400,000에서 3,000,000초 사이의 I_sp를 가질 수 있으며, 30 대 1 이상의 추력 대 중량 비를 가지며, 극한의 질량 비율을 허용할 수 있다면 30,000 km/sec 이상의 최대 델타-v를 가질 수 있다. 참고로 30,000 km/sec는 대략 0.1c와 같으며, 따라서 내부 융합 구동은 성간 구동으로 잠재적으로 사용할 수 있는 최초의 구동이다. 그러나 융합 구동이 이 속도로 추진할 수 있는 페이로드의 양은 너무 작아서 감속 능력이 없다. 일반 융합으로 구동되는 성간 우주선은 매우 드물다.

참고: 반물질 촉매 융합, 변환 구동
.

핵융합을 이용한 추진

융합 플라즈마 로켓 - 데이터 패널

융합 플라즈마 로켓

기본 원리

열 융합로

D-T

D-D

D-He3

비열 융합로

p-B11

D-He3

D-T와 D-D

몇 가지 일반적인 설계

몇 가지 설계 고려 사항

🐛 문제 신고