核燃料火箭 美将研发核动力火箭 能量密度是普通火箭400万倍

　　据美国网站报道，随着美国宇航局和埃隆-马斯克-都在考虑登陆火星的梦想，远距离载人飞行任务即将到来。有很多研究认为，速度越快的航天飞船就越好，而核动力火箭就是做到这一点的一种方法。与传统燃料火箭或现代太阳能电力火箭相比，核动力提供了许多好处。但在过去40年中，美国只有8次运载核反应堆的太空发射。去年规范核太空飞行的法律发生了变化，下一代核动力火箭已经开始研发工作。

　　为什么需要速度？

　　太空旅行的第一步是使用火箭把飞船送入轨道。人们在提到火箭发射时总会想到大型燃料发动机，在可预见的未来，由于重力的限制，它们还会继续使用。

　　一旦飞船到达太空，事情就会变得有趣。为了摆脱地球引力并到达太空深处的目的地，飞船需要额外的加速。这就是核动力系统发挥作用的地方。如果宇航员想探索比月球或火星更远的地方，他们需要非常快的速度。空间是巨大的，一切都是遥远的。

　　速度更快的火箭对长距离太空旅行更有利的原因有两个：安全性和时间性。

　　现有的动力系统

　　一旦飞船脱离地球引力，在比较各类推进系统时，有三个重要方面需要考虑：

　　推力：动力系统能以多快的速度加速飞船

　　质量效率：动力系统在给定燃料量下能产生多少推力

　　能量密度：给定量的燃料能产生多少能量

　　目前，最常用的推进系统是化学推进和太阳能电力推进系统。

　　化学推进动力系统提供了大量的推力，但化学火箭的效率并不高，火箭燃料的能量密度也不高。把宇航员送上月球的土星五号火箭在升空时产生了3500万牛顿的推力，并携带了95万加仑的燃料。虽然大部分燃料是用来把火箭送入轨道的，但其局限性是显而易见的：它需要大量的燃料才能到达目的地。

　　电力推进系统是利用太阳能电池板收集的电力产生推力。最常见的方法是利用电场加速离子，比如霍尔推进器。这些设备通常用于为卫星提供动力，其质量效率比化学系统高5倍以上。但它们产生的推力太小了，大约只有3牛顿，即便让汽车从0加速到100公里，都需要两个半小时。太阳的能量来源虽然是无限的，但飞船离太阳越远，它的用处就越小。

　　核动力火箭之所以有前途是因为它们提供了难以置信的能量密度。用于核反应堆的铀燃料的能量密度是联氨的400万倍。将少量铀送入太空要比几十万加仑的燃料容易得多。

　　核电的两种选择

　　工程师们为太空旅行设计了两种主要的核动力系统。

　　第一种称为核热推进。这些系统功能强大，效率适中。他们使用一个类似核潜艇上的小型核裂变反应堆来加热氢气等气体，然后这些气体通过火箭喷口加速以提供推力。美国航天局的工程师估计，用核热能推进的火星之旅比用化学动力火箭的火星之旅缩短20%-25%。

　　核热推进系统的效率是化学推进系统的两倍多，这意味着它们在使用相同质量的推进剂产生的推力是化学推进系统的两倍，可以提供100000牛顿的推力。这足够让一辆车在大约1/4秒内从0加速到每小时100公里。

　　第二种核动力火箭系统称为核电力推进。尽管目前还没有建立核电力系统，但其想法是使用大功率裂变反应堆发电，然后为霍尔推进器等电力推进系统供电。由于核反应堆可以产生大量的能量，许多单独的电动推进器可以同时工作以产生大量的推力。

　　核电系统将是进行超长距离太空飞行任务的最佳选择，因为它们不需要太阳能，效率非常高，并且可以提供相对较高的推力。但是，尽管核电动火箭极具发展前景，但在投入使用前仍有许多技术问题需要解决。

　　为什么目前还没有核动力火箭？

　　核热推进系统自上世纪60年代开始研究，但目前尚未在太空飞行。

　　上世纪70年代美国首次实施的法规，基本上要求任何核空间项目都要经过多个政府机构的审批，并得到总统的明确批准。由于缺乏用于核火箭系统研究的资金，这阻碍了用于航天的核反应堆的发展工作。

　　当特朗普政府在2019年8月发布总统备忘录时，这一切都改变了，新指令允许使用核材料含量较低的任务跳过多机构的审批程序。随着这一法规的修订，NASA在2019年的预算中获得了1亿美元，用于发展核热推进系统。国防高级研究计划局还正在开发一种空间核热推进系统，以便在地球轨道外开展国家安全行动。

　　经过60年的停滞，核动力火箭有可能在10年内飞向太空。这一令人振奋的成就将开创太空探索的新时代。