NASA重新啟動核熱火箭計劃

為了完成將我們帶回月球、火星和更遠的任務，NASA一直在探索一系列下一代推進概念。雖然現有的概念有其優點——化學火箭具有高能密度和離子發動機非常省燃料，們對未來的希望取決於我們尋找組合效率和動力的替代品。

藝術雙峰式核火箭概念圖，使之成為月球，火星，和其他太陽系的目的地。圖片：NASA

為此NASA馬歇爾太空飛行中心的研究人員再次期待開發核火箭。作為美國航天局遊戲變革發展計劃的一部分，核熱力推進（NTP）項目將看到創建高效率的航天器，能夠使用較少的燃料將重載荷提供給遙遠的行星，並且在相對較短的時間內。

正如美國國家航空航天局馬歇爾太空飛行中心NTP項目項目的Sonny Mitchell在最近的NASA新聞發布會上說的那樣：當我們進入太陽系時，核推進可能提供了唯一真正可行的技術選擇，將人類延伸到火星表面和其他世界，我們很高興能從事技術開發，為人類探索開闢了廣闊的空間。

核反應堆(如圖所示)正在被美國宇航局的馬歇爾太空飛行中心審議用於未來可能的任務。圖片：NASA

為了了解這一點NASA已經與BWX技術公司(BWXT)建立了合作關係。BWX是一家總部位於弗吉尼亞的能源和技術公司，是美國政府的主要核部件和燃料供應商。為了幫助NASA開發必要的反應堆，以支持未來可能的載人火星任務，該公司的子公司(BWXT核能公司)獲得了一份為期三年的合同，價值1880萬美元。

在他們將與NASA合作的這三年里，BWXT將提供實現NTP技術所需的技術和方案數據。這將包括製造和測試原型燃料元件，並幫助NASA解決任何核許可和監管要求。BWXT還將幫助美國國家航空航天局的規劃者們解決可行性問題，並提供他們的NTP項目。

在一個NTP火箭中鈾或氘反應被用來加熱反應堆內的液態氫，將其變成電離的氫氣體(等離子體)，然後通過一個火箭噴嘴引導它產生推力。另一種可能的方法，稱為「核電力推進」(NEC)，涉及的是相同的基本反應堆，將熱能和能量轉換成電能，然後再為電力發動機提供動力。

在近地軌道上，藝術概念是雙峰式核熱火箭。圖片：NASA

在這兩種情況下火箭都依靠核裂變來產生推進力，而不是化學推進劑，這是NASA和其他航天機構迄今為止的主要動力。與這種傳統的推進方式相比，這兩種類型的核發動機都有許多優點。第一個也是最明顯的是與火箭燃料相比它所提供的能量密度實際上是無限的。

這將減少所需的推進劑總量，從而減少發射重量和單個任務的成本。一個更強大的核引擎意味著減少飛行時間。美國國家航空航天局已經估計，NTP系統可以將火星的航行時間縮短為4個月，而不是6個月，這將減少宇航員在旅途中暴露的輻射量。

使用核火箭探索宇宙的概念並不新鮮。事實上美國國家航空航天局(NASA)已經在太空核推進辦公室(Space nuclear propulsion Office)中廣泛探索了核推進的可能性。事實上在1959年到1972年之間，SNPO在內華達州的Jackass Flats在AEC的內華達試驗場的核火箭開發站進行了23個反應堆測試。

1963年SNPO還為火箭運載火箭應用(NERVA)項目研製了核動力發動機，以研製用於遠程載人登月和星際空間的核動力推進裝置。這導致了NRX / XE的誕生，這是一個核熱能引擎，SNPO已經證明了它滿足了對火星任務的要求。

一種雙峰式核火箭減速以建立環繞火星的軌道藝術概念圖。圖片：NASA

蘇聯在20世紀60年代進行了類似的研究，希望在他們的n - 1火箭的上一級使用它們。儘管有這些努力但由於預算削減、公共利益的喪失以及阿波羅計劃完成後的太空競賽，沒有任何核火箭進入服役。

但考慮到目前對太空探索的興趣，以及向火星和其他地方提出的雄心勃勃的任務，似乎核火箭最終可能會看到服務。正在考慮的一個流行的想法是一個多級火箭，它將依賴於一個核發動機和常規推進器即一個被稱為「雙峰宇宙飛船」的概念。這個想法的主要支持者是美國宇航局馬歇爾太空飛行中心的Michael g . Houts博士。

2014年豪茨博士做了一個報告，概述了雙峰火箭(以及其他核概念)是如何代表「太空探索的改變遊戲規則的技術」。作為一個例子他解釋了太空發射系統(SLS)美國國家航空航天局(NASA)提出的火星任務計劃中的關鍵技術——可以在較低的舞台上配備化學火箭，在上舞台上安裝一個核熱機。

在這種情況下核發動機將保持「冷」，直到火箭達到軌道，在這一點上，上階段將被部署，而反應堆將被激活以產生推力。報告中引用的其他例子包括可以探索太陽系外太陽系和柯伊伯帶的遠程衛星，以及在整個太陽系中快速高效的載人飛行。

該公司的新合同預計將於2019年9月30日到期。屆時核熱推進項目將決定使用低濃縮鈾燃料的可行性。在此之後該項目將花費一年的時間來測試和改進其製造必要燃料元件的能力。如果一切順利我們可以期望NASA的「火星之旅」可能包含一些核發動機！

作者：Matt Williams

編譯：中子星

審校：博科園

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