盡管核反應(yīng)堆在地球上引起了很多爭議，但它可以產(chǎn)生將大型航天器迅速送上火星并在需要時送上更遠的地方所需的能量和推進力。

核火箭發(fā)動機的想法可以追溯到20世紀40年代。不過，這次以核裂變和核聚變?yōu)閯恿Φ男请H飛行任務(wù)計劃得到了新設(shè)計的支持，這些新設(shè)計更有可能使火箭升空。

重要的是，核發(fā)動機只用于星際旅行，而不在地球大氣層中使用?；瘜W火箭將飛船發(fā)射到低地球軌道之外。只有在那時，核推進系統(tǒng)才會啟動。

當前面臨的挑戰(zhàn)是如何讓這些核發(fā)動機既安全又輕便。新的燃料和反應(yīng)堆設(shè)計似乎可以勝任這項任務(wù)，因為美國宇航局（NASA）現(xiàn)在正與工業(yè)伙伴合作，為未來可能的核動力載人太空任務(wù)而努力。

"如果你想去火星，并在兩年內(nèi)返回，核推進將是更好的選擇，"NASA空間技術(shù)任務(wù)局的首席工程師Jeff Sheehy說：“為了實現(xiàn)這種任務(wù)能力，尚需升級的一項關(guān)鍵技術(shù)就是燃料”。

具體來說，燃料需要承受核熱機內(nèi)的超高溫和揮發(fā)性條件。現(xiàn)在有兩家公司表示，他們的燃料足夠可靠，可用于安全、緊湊、高性能的反應(yīng)堆。并且，其中一家公司已經(jīng)向美國航天局提交了詳細的概念設(shè)計。

核熱推進利用核反應(yīng)釋放的能量將液態(tài)氫加熱到約2,430℃——約為核電站核心溫度的8倍。推進劑膨脹并以極快的速度從噴嘴中噴出。這與化學火箭相比，單位質(zhì)量的推進劑可以產(chǎn)生兩倍的推力，使核動力飛船的飛行時間更長，速度更快。另外，一旦到達目的地，無論是土星的衛(wèi)星土衛(wèi)六還是冥王星，核反應(yīng)堆可以從推進系統(tǒng)切換到動力源，使飛船能夠在數(shù)年內(nèi)發(fā)回高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

要使核火箭獲得足夠的推力，過去需要武器級的高濃縮鈾。商業(yè)發(fā)電廠使用的低濃縮鈾燃料，使用起來比較安全，但在極活性氫的高溫和化學攻擊下，它們會變得很脆弱，并且會散架。

超安全核公司技術(shù)公司（USNC-Tech）使用的鈾燃料濃縮度低至20%以下，比核發(fā)電站的等級高，工程總監(jiān)Michael Eades說：“但這不能被挪用到其他地方，只有這樣才能顯著降低擴散風險?！痹摴镜娜剂习稚⒃谔蓟喕|(zhì)中的微型陶瓷涂層鈾燃料顆粒。微膠囊將放射性裂變副產(chǎn)品留在里面，同時讓熱量散發(fā)出去。

總部位于弗吉尼亞州林奇堡的BWX技術(shù)公司，正在根據(jù)美國宇航局的合同，研究使用類似陶瓷復合燃料的設(shè)計，同時也在研究一種包裹在金屬基體中的替代燃料形式?！白?017年以來，我們一直在研究我們的反應(yīng)堆設(shè)計?！痹摴靖呒夹g(shù)集團的總經(jīng)理Joe Miller說。

兩家公司的設(shè)計都依賴于不同種類的調(diào)節(jié)劑。節(jié)制劑可以減緩裂變過程中產(chǎn)生的高能中子，使其能夠維持連鎖反應(yīng)，而不是沖擊和破壞反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)。BWX將其燃料塊穿插在氫化物元素之間，而USNC-Tech的獨特設(shè)計將鈹金屬調(diào)節(jié)劑集成到燃料中。"我們的燃料保持完整，能在熱氫和輻射條件下生存，而且不會吃掉反應(yīng)堆的所有中子，"Eades說。

普林斯頓等離子體物理實驗室的科學家們正在利用這個實驗性反應(yīng)器將聚變等離子體加熱到100萬攝氏度，開發(fā)聚變動力火箭進行星際旅行是一個漫長旅途，而科學家們正在努力。

普林斯頓等離子體物理實驗室的Samuel Cohen說：“還有一種辦法可以實現(xiàn)小型、安全的核動力火箭：核聚變反應(yīng)堆。主線核聚變使用氘和氚燃料，但科恩正在領(lǐng)導努力制造一種依靠氘原子和氦-3在高溫等離子體中聚變的反應(yīng)器，這種反應(yīng)器產(chǎn)生的中子非常少。我們不喜歡中子，因為中子可以把像鋼鐵這樣的結(jié)構(gòu)材料改變成更像瑞士奶酪的東西，并且可以使其具有放射性。普林斯頓實驗室的概念被稱為直接核聚變驅(qū)動，所需的燃料也比傳統(tǒng)核聚變少得多，該裝置可能是千分之一大?！?/p>

美國宇航局的Sheehy說：“理論上核聚變推進器的性能可能遠遠超過裂變推進器，因為前者反應(yīng)釋放的能量是后者的四倍。然而，這項技術(shù)并沒有足夠成熟，還面臨著一些挑戰(zhàn)，包括產(chǎn)生和包含等離子體，以及有效地將釋放的能量轉(zhuǎn)化為定向噴射廢氣。它還不可能為2030年代末的火星任務(wù)做好準備”

相比之下，USNC-Tech已經(jīng)基于其新燃料制作了小型硬件原型。Eades說：“我們正在按部就班地實現(xiàn)NASA的目標，即在2027年之前準備好一個半規(guī)模的演示系統(tǒng)。下一步將是建造一個完整規(guī)模的火星飛行系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以很好地推動2035年的火星任務(wù)?！?/p>

素材來源：

https://spectrum.ieee.org/aerospace/space-flight/nuclear-powered-rockets-get-a-second-look-for-travel-to-mars