核動力火箭

早在20世紀初，得知居里夫婦提煉出放射性元素鐳之後，俄國航天之父齊奧爾科夫斯基就預言：“一噸重的火箭只要用一小撮鐳，就足以掙斷與太陽系的一切引力聯繫。” ^[1] 

據國外媒體報道，太空旅行對人類而言依然是遙不可及的領域，需要很長的時間進行空間飛行，並且還需要大量的燃料來驅動飛船，但是科學家提出了一種“短途”空間旅行方案：只需要30天就能完成一次火星之旅。如何實現持續時間較短的太空旅行是一個令人興奮的研究課題，比如可以使用核聚變火箭技術可以產生強大的能量供應，不僅可以用於驅動飛船前進和減速，還可以供應飛船上的電力消耗等，完成一次火星之旅僅僅需要一個月的時間。 ^[2] 

化學能火箭是目前使用非常廣泛的入軌運載工具，比如使用氫氧機產生較大的推力，推動火箭升空，長征五號火箭上就將使用50噸級的YF-77氫氧機，已經完成了500秒長程試驗。這種能量推進方式較為成熟，配合更大推力的液氧煤油發動機可完成近地軌道大部分的運載任務，但是化學火箭質量太大，以土星五號為例，起飛質量達到3000噸左右，與一艘現代護衞艦噸位相當，也只有這一級別的火箭才能勝任登月任務。由此看來，在不遠將來有望實現的要數核動力火箭，目前多家科研機構正在研發太空核聚變技術，只需要短時間的工作就能獲得強大的能量，並使飛船以高速進行飛行。

科學家還提出了一項新型核動力飛船，通過小當量的核爆產生核脈衝推力，美國宇航局曾經研究過這種空間推進技術，但由於禁止核試條約出台後就中止了研究。類似的想法後來被代達羅斯計劃借鑑，該飛船也試圖通過巨大的核聚變裝置來驅動飛船，科學家還希望星際航行的飛船速度能達到7%的光速，該想法如果要實現，需要大量的資金投入，而且技術上還面臨許多瓶頸。

美國宇航局的創新先進概念計劃也試圖打造核動力火箭，但是它的規模要比代達羅斯計劃要小很多，科學家認為這樣的飛船是可實現的，預計將進行部分系統測試，通過磁場來約束等離子體行為，如果試驗獲得成功，最終將被應用到第一代星際航行的飛船上，足以滿足我們對太陽系各個角落的探索任務。 ^[2] 

美國航空航天局官員表示，以核能驅動的火箭是人類從事太空探索的最佳運載工具。在第36屆推進器研討年會上，數十份會議文件提到了使用熱核火箭作為推進器的構想。宇航專家認為，核動力火箭發射一次，可以一舉探索月球、火星和地球周邊的小行星。新一代熱核火箭的安全係數已大大提高。試射場所從露天轉移到地下洞穴，讓核廢物被硅藻土層吸收。或者借鑑美國海軍試驗潛艇核反應堆的做法，讓核動力火箭穿過一整套過濾系統，先吸收掉諸如氙等核裂變產生的物質，再用化學方法焚燒已經失去輻射能量的氫廢料，進行安全處理。為了確保萬無一失，在核動力火箭試射之前，會先用電子加熱裝置代替核反應堆試驗多次。鑑於俄羅斯在利用放射性元素衰變產生的能量發電上的豐富經驗，還積攢了大量核燃料，所以俄羅斯有可能被邀請參加核動力火箭的研製工作。

有關專家已一再強調，火箭在發射時絕對不會泄漏任何放射性物質。新式核動力火箭的另一特色是，把推力降低到15000磅，以便節約發射成本。這樣的火箭雖然爆發力稍差，耐力卻更持久。一些部件還能借鑑以往的研究成果，進一步縮短開發時間。如果美國公眾對核動力火箭持寬容態度，航空航天局估計用不了十年就能讓它們上天。 ^[3] 

美國宇航局的科學家目前正在研究新型核聚變動力，2030年的火星載人登陸計劃中將會使用到這一革命性動力可極大縮短空間飛行的時間，

核聚變技術目前依然無法作為宇宙飛船的動力，但是科學家認為核聚變技術並不是幻想，可控核聚變在不久的將來就會出現。將宇航員送上一艘前往火星的超高速飛船是完全可以做到的，目前核聚變技術驅動火箭的原理已經在實驗室進行了驗證，這樣的動力系統很可能在短短的90天之內完成飛往火星這顆紅色星球的旅程。空間推進公司MSNW的技術人員人員安東尼認為：在9月25日與美國宇航局未來太空工作組的演示過程中，實驗室的研究人員獲得了對核聚變技術的相關成果。 ^[4] 

一趟往返的火星之旅大約需要500天左右，根據軌道的不同需要的時間也會出現變化，我們目前使用的是傳統的推進系統，宇航員需要在宇宙深空中暴露數百天的時間，來自太陽或者宇宙深空的射線都會對宇航員健康構成威脅，長時間的空間飛行會使得骨骼和肌肉出現萎縮、機能降低。美國宇航局目前正在發展新一代的推進系統顯然傳統的化學能火箭無法滿足深空飛行的需要，這項新的推進系統需要在2030年中期投入使用，執行前往火星的載人計劃，首席為華盛頓大學的研究人員約翰·斯勞。

NASA創新先進概念計劃的研究人員同時也在設計一個潛在的載人火星登陸軌道，只需要210天的時間，相比較於500天的空間飛行時間已經是大大縮短了，時間分配為83天為前往火星、30天時間為停留在火星表面進行考察、剩餘的97天時間為返回地球。

這樣的空間飛行需要全新的動力系統，核聚變裝置是目前較為可行的方案之一，可以提供強大的能量來源，美國宇航局的未來太空發射系統可以將這一系統發射至地球軌道，也可以通過多次發射在軌道上組裝起一艘大型宇宙飛船。按照科學家的設想，我們還需要在飛船上安裝太陽能電池板，可以為飛船上的人員提供必要的電力供應，斯勞和他的團隊正在建設核聚變反應堆的硬件並進行實驗，他們希望在2014年的某個時候能進行一次實驗，使得這項新型宇航動力研究計劃可以達到一個新的里程碑。 ^[4] 

常見的核裂變技術發動機包括核脈衝火箭、核電火箭、核熱火箭以及核衝壓火箭等，以核熱火箭為例，其反應堆結構比陸基核電站的規模要小很多，鈾-235的純度要求更高，達到90%以上，在高比衝要求下，發動機核心温度將達到3000K左右，需要耐高温性能極佳的材料。核動力技術用於太空環境時，也會面臨核輻射的危險，如果克服這些困難，那麼在核聚變發動機無法實現的前提下，核裂變發動機技術也能為太陽系內的探索服務，甚至可進行無人飛船恆星際之旅，可帶來強大續航力，這是傳統化學能發動機所不能比擬的。