等离子推进器(核聚变推进器快不快)
而且书接上回，来说说可变比冲磁等离子体推进器。
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如果把霍尔推进器比作小巧有力的无刷电机,那么可变比冲磁等离子体推进器就如同一台三相电动机，体积大但更强而有力，它是为大型星际飞船而生的。
游戏“光环”里的无尽号
VX-200型可变比冲磁等离子体推进器的艺术效果图
VX-200型可变比冲磁等离子体推进器被推入真空室进行喷射试验
VASIMR(可变比冲磁等离子体火箭)的概念起源于1977年，由前美国宇航局宇航员富兰克林·常·迪亚兹（中文名：张福林）提出，这个VX-200型可变比冲磁等离子体推进器就是其创立的阿斯特拉火箭公司（Ad Astra）研制并建造的。
如上图，自左向右
步骤1注入中性气体，步骤2中的螺旋波等离子体源产生的螺旋波与磁化等离子体中的右旋极化螺旋波共振, 有效地通过朗道阻尼现象吸收加热电子, 从而产生高密度等离子体，
而后通过中央的离子回旋共振加热级 (ICRH) ,离子回旋共振波与离子的环绕运动发生共振,从而使离子的周向运动受到激励以提高其周向速度，（ICRH广泛应用于核聚变研究中），
最后等离子体通过磁喷嘴，利用其发散磁场，将周向速度转变为排气速度，离子带着电子以中性流体的形式离开火箭。
简单来说，通过外部电磁场的能量，不断增加等离子体的螺旋飞出速度。
1.不挑食。 常·迪亚兹曾指出，氢燃料将是VASIMR引擎的有利燃料，因为飞船将不必携带其旅途所需的全部燃料升空。他说:“我们很可能在太阳系的任何地方都能找到氢。”由于VASIMR大体积长程，采用螺旋波和离子回旋2级暴力电离和加热，因此，只要提供足够电力，理论上什么气体都可以电离，所以可以用宇宙中最丰富廉价的氢充当推进剂，（宇宙中拥有高达75%的氢元素丰度）光这一点就太重要了，长距离航行中可以不断的补充推进剂，从而能轻松在行星之间续航。
2.耐操。 与典型的回旋共振加热过程不同，VASIMR离子在实现热分布之前会立即从磁喷嘴喷射出来，离子离开磁喷管的能量分布非常狭窄，使发动机磁体结构更加紧凑。VASIMR不使用电极，没有栅格，取而代之的是，它用磁屏蔽等离子体，使其不受大部分硬件部件的影响，从而消除了离子发动机主要的磨损来源——电极侵蚀。VASIMR几乎没有移动部件(除了小型部件，如气体阀门)，最大限度地提高了长期耐用性。
NASA在2017年的年报将VASIMR放在了超高功率电推进的第1位，后面依次是磁等离子体动力推进器，反相霍尔推进器、螺旋波、固体脉冲等离子体。
3.劲大可调。 目前霍尔推进器最大比冲约5,000S，VASIMR最大比冲30,000S，常·迪亚兹表示，VX-200的最大功率可达到200千瓦，产生5N的推力，离子喷射速度高达50000米/秒，一艘使用常规化学火箭的宇宙飞船需要8个月的时间才能到达火星。然而，VASIMR引擎将在短短39天内完成旅程，NASA2019年7月28日宣称VASIMR将作为潜在的候选者装配在前往火星飞船上。在功率一定的基础上，通过分配螺旋波天线和离子回旋加速器功率比例，可实现不同的离子密度和比冲，从而达到改变推力大小的目的。
有优点就有缺点，电力供应是最大的软肋，不过这是电推进装置的通病，spaceX公司的马斯克就表示:“像富兰克林这样的人能够将离子发动机研发推进至如此程度确实非常令人感兴趣，但它还需要一个大型核反应堆。离子引擎可能会有一点帮助，但在没有大型核反应堆的情况下不会有太大帮助。马斯克还指出，大型核反应堆会给火箭增加很多重量。火星学会(Mars Society)主席罗伯特•祖布林(Robert Zubrin)说，为了实现VASIMR所称的可以39天火星单程运输目标，常·迪亚兹假设了一个功率为20万千瓦的核反应堆系统，事实上，苏联时代建造的最大的太空核反应堆“黄玉”的功率仅仅为10千瓦。
其他还有 体积大，功率推力比低、集簇安装的热、磁管理问题。 根据Ad Astra截至2015年的数据，VX-200发动机需要200 kW的电力才能产生5 N的推力，NASA的NEXT的效率几乎是它的两倍。VASIMR运行的低效率产生了大量的废热，需要在不造成热过载和热应力的情况下加以疏导。超导电磁体约束热等离子体产生的磁场，可能导致与其他机载设备的干扰和产生不必要的扭矩。为了对抗后一种效应，两个推进器单元可以被封装成相反方向的磁场，使得一个净零力矩磁四极。不过工程上的进步有希望能将这些缺点一一克服。
根据NASA的2017年年报，其近期目标是在A实验室测试100千瓦的推进器。除了阿斯特拉火箭公司的VASIMR发动机，AES公司的NextSTEP高级推进项目，洛克达因公司的嵌套式发动机霍尔推进器，太空动力研究公司(MSNW)的无电极洛伦兹力等离子体推进器都是备选方案。
而功率再往上，NASA发展VASIMR最重要的应用是载人火星飞行计划, 对此也开展了相应的任务评估和工程设计。面临的首要问题便是电能的供给。对执行最基本的载人火星飞行任务, 需要一台约10MW的VASIMR发动机, 耗电量远大于航天飞机轨道器的15kW和国际空间站的75kW。
VASIMR利用比冲可变的特性, 可通过优化比冲和推力特性显著节省飞行时间。例如装有VASIMR、总功率12MW的载人飞船飞往火星的基本过程如下:飞船从地球出发, 将沿着一条逐渐向外展开的螺旋形轨道以30000m/s的比冲和推力最大的状态进行30天的爬升飞行, 然后比冲逐渐升高, 第75天比冲达到最大值300000m/s,随后比冲逐渐降低, 第115天到达火星; 返回过程类似, 需90天。整个往返过程飞行时间200天, 比使用化学火箭少一半。减少飞行时间对于载人飞行有着重要的意义。
常·迪亚兹在与SquireJP, BentsonRD等人合作发表的《VASIMR发动机的物理和工程》中给出的是200MW的VASIMR发动机（按照200KW/5N的100倍，约500N）只需39天就能到达火星。
曾设计火星直接殖民计划(Mars Direct plan)并撰写畅销书《火星案例》(the Case For Mars)的火星学会(Mars Society)主席罗伯特•祖布林(Robert Zubrin)在批评VASIMR引擎是给出的数据是：Chang Diaz假设了一个功率为20万千瓦（按照200KW/5N的1000倍，大约5000N），功率质量比为每公斤1000瓦的核反应堆系统。而迄今为止建造的最大的太空核反应堆——苏联时代的黄玉(Topaz)——的功率为10KW。
2个数据好像有点矛盾，笔者主观认为后面一个数据更靠谱点，嗯，实在不行就慢点到火星吧，搞个390天也行啊，不就在飞船上过个年嘛。但是最要命的还是“推力质量比”，这个数据搞不上去，飞船造的再大，组团的VASIMR发动机越多，到达火星的时间就会越长，搞不好就是蜗牛推卡车了。不管怎么说，我还是期待工程技术的不断进步能够优化发动机这块的功率质量比或者说推力质量比。
星球大战曼洛达人的飞船，从起飞（克服引力）到驶入深空（无重力）下的平滑无缝过渡目前仅限于理论上，若想实现这一目标，在克服重力的起飞阶段，即使按照目前地球上协和式飞机的推力重量比0.373这一数据，当前的VASIMR以及其他的电推进装置还是远远达不到的 （当然卢卡斯影业确实棒，细节做的好，曼洛达人的飞船发动机与F-35B有点像，垂直采用涡轮推进，水平的话参考第二张图类似与离子推进，不过科幻也不用太较真了）
工程设计方面 , 阿斯特拉火箭公司设想了功率为1MW 的 VASIMR的飞行器, 系统干重为1.2吨, 长度3m, 最大直径 1.25m, 包含磁场的能量供应系统和超导低温装置、射频装置等组件。参考VX-200的数据，1MW产生的推力为25牛，而在地球上克服重力，按照协和式飞机0.373的参数，1.2吨的重量需要4386牛的推力。25对4386，嗯。。。。有点那个小，所以目前的电推进装置都只能在深空的零重力环境下应用于缓慢加速了。
如同你的感觉一样，电力供应是一个痛点，最好的办法是核能供电。
裂变
，曾在冷战时期被认真的考虑过。但辐射问题麻烦太大，而且放射性原素可不是宇宙中随处可以找到的。
美国冷战时期研制的HTRE（热传导反应堆）-3号发动机，将热核反应的热量交换加热空气喷射产生推力，在飞机以740千米/时速度巡航时，航程可以达到48300千米。
衰变 ：好奇号火星车的“多使命放射性同位素温差发电机”（MMRTG），发热功率2000W,热点转换效率6.2%，电功率为123W，在电推进这种巨大的能量需求面前。。。。。。大概就相当于1节南孚电池吧。
聚变！聚变！聚变！
重要的事情说三遍！
为什么？因为聚变有可能在相对有限的体积内提供满足需求的足够大的的能量。来看这个，一家名为 LPPfusion公司（Lawrenceville Plasma Physics劳伦斯维尔等离子物理） 的聚变发电公司正在研究开发一种通过电极放电使氢和硼发生聚变的小型聚变装置。
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上图就是他们的核心装备，钨电极，由两个相互嵌套的圆柱形金属电极组成。外部电极的直径一般不超过6-7英寸，长度不超过1英尺。电极被封闭在真空室中，低压气体填充它们之间的空间（也是氢和硼）（就这？对！就靠它，没有活塞，没有加速对撞），不同于复杂的托卡马克装置，聚焦聚变发电机直接输出电，一台5000Kw的聚焦聚变发电机可能耗资约30万美元（规模尚不清楚是否如模拟图相当）每千瓦时发电成本仅为0.2美分。5000KW，貌似不错哦，20台就能达到39天到火星的电功率。
与其在电能供应上苦苦挣扎，不如跳过这一步，直接喷射聚变产生的高温等离子体，看起来这是一个好想法，波音公司、美国太空动力研究公司、脉冲星聚变公司等都在从事这方面的研究。
凡事都有利有弊，是聚变发电还是直接用于驱动，目前的情况尚不明朗，但开放的思维无疑是有利于在离子发动机上取得革命性突破。
直接聚变推进发动机的具体情况敬请关注公众号“军事与科幻”的更新
参考文献：
【1】可变比冲磁等离子体火箭原理与研究进展 火箭推进 2007年6月
【2】疯狂的核动力飞机和火箭 科普中国 2016-04-2
【3】NASA is ready to reach Mars by a powerful plasma engine, VASMR aerospacengineering网站 2019年7月28日 等。
NASA官网等
