為了完成將我們帶回月球、火星和更遠(yuǎn)的任務(wù)，NASA一直在探索一系列下一代推進(jìn)概念。雖然現(xiàn)有的概念有其優(yōu)點(diǎn)——化學(xué)火箭具有高能密度和離子發(fā)動機(jī)非常省燃料，們對未來的希望取決于我們尋找組合效率和動力的替代品。
藝術(shù)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(fā)核火箭。作為美國航天局游戲變革發(fā)展計(jì)劃的一部分，核熱力推進(jìn)（NTP）項(xiàng)目將看到創(chuàng)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(yuǎn)的行星，并且在相對較短的時(shí)間內(nèi)。
正如美國國家航空航天局馬歇爾太空飛行中心NTP項(xiàng)目項(xiàng)目的Sonny Mitchell在最近的NASA新聞發(fā)布會上說的那樣：當(dāng)我們進(jìn)入太陽系時(shí)，核推進(jìn)可能提供了唯一真正可行的技術(shù)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(shù)開發(fā)，為人類探索開辟了廣闊的空間。
核反應(yīng)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于未來可能的任務(wù)。圖片：NASA
為了了解這一點(diǎn)NASA已經(jīng)與BWX技術(shù)公司(BWXT)建立了合作關(guān)系。BWX是一家總部位于弗吉尼亞的能源和技術(shù)公司，是美國政府的主要核部件和燃料供應(yīng)商。為了幫助NASA開發(fā)必要的反應(yīng)堆，以支持未來可能的載人火星任務(wù)，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(jià)值1880萬美元。
在他們將與NASA合作的這三年里，BWXT將提供實(shí)現(xiàn)NTP技術(shù)所需的技術(shù)和方案數(shù)據(jù)。這將包括制造和測試原型燃料元件，并幫助NASA解決任何核許可和監(jiān)管要求。BWXT還將幫助美國國家航空航天局的規(guī)劃者們解決可行性問題，并提供他們的NTP項(xiàng)目。
正如BWXT總裁兼首席執(zhí)行官Rex d . Geveden所說的那樣：BWXT非常高興能與美國國家航空航天局合作完成這一令人興奮的太空計(jì)劃，以支持火星任務(wù)。我們有能力設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造核反應(yīng)堆的反應(yīng)堆和燃料。這是一個(gè)將我們的能力轉(zhuǎn)向太空市場的好時(shí)機(jī)，在那里我們看到了核推進(jìn)和核表面力量的長期增長機(jī)會。
在一個(gè)NTP火箭中鈾或氘反應(yīng)被用來加熱反應(yīng)堆內(nèi)的液態(tài)氫，將其變成電離的氫氣體(等離子體)，然后通過一個(gè)火箭噴嘴引導(dǎo)它產(chǎn)生推力。另一種可能的方法，稱為“核電力推進(jìn)”(NEC)，涉及的是相同的基本反應(yīng)堆，將熱能和能量轉(zhuǎn)換成電能，然后再為電力發(fā)動機(jī)提供動力。
在近地軌道上，藝術(shù)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(chǎn)生推進(jìn)力，而不是化學(xué)推進(jìn)劑，這是NASA和其他航天機(jī)構(gòu)迄今為止的主要?jiǎng)恿?。與這種傳統(tǒng)的推進(jìn)方式相比，這兩種類型的核發(fā)動機(jī)都有許多優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)也是最明顯的是與火箭燃料相比它所提供的能量密度實(shí)際上是無限的。
這將減少所需的推進(jìn)劑總量，從而減少發(fā)射重量和單個(gè)任務(wù)的成本。一個(gè)更強(qiáng)大的核引擎意味著減少飛行時(shí)間。美國國家航空航天局已經(jīng)估計(jì)，NTP系統(tǒng)可以將火星的航行時(shí)間縮短為4個(gè)月，而不是6個(gè)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并不新鮮。事實(shí)上美國國家航空航天局(NASA)已經(jīng)在太空核推進(jìn)辦公室(Space nuclear propulsion Office)中廣泛探索了核推進(jìn)的可能性。事實(shí)上在1959年到1972年之間，SNPO在內(nèi)華達(dá)州的Jackass Flats在AEC的內(nèi)華達(dá)試驗(yàn)場的核火箭開發(fā)站進(jìn)行了23個(gè)反應(yīng)堆測試。
1963年SNPO還為火箭運(yùn)載火箭應(yīng)用(NERVA)項(xiàng)目研制了核動力發(fā)動機(jī)，以研制用于遠(yuǎn)程載人登月和星際空間的核動力推進(jìn)裝置。這導(dǎo)致了NRX / XE的誕生，這是一個(gè)核熱能引擎，SNPO已經(jīng)證明了它滿足了對火星任務(wù)的要求。
一種雙峰式核火箭減速以建立環(huán)繞火星的軌道藝術(shù)概念圖。圖片：NASA
蘇聯(lián)在20世紀(jì)60年代進(jìn)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。盡管有這些努力但由于預(yù)算削減、公共利益的喪失以及阿波羅計(jì)劃完成后的太空競賽，沒有任何核火箭進(jìn)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(wù)，似乎核火箭最終可能會看到服務(wù)。正在考慮的一個(gè)流行的想法是一個(gè)多級火箭，它將依賴于一個(gè)核發(fā)動機(jī)和常規(guī)推進(jìn)器即一個(gè)被稱為“雙峰宇宙飛船”的概念。這個(gè)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(gè)報(bào)告，概述了雙峰火箭(以及其他核概念)是如何代表“太空探索的改變游戲規(guī)則的技術(shù)”。作為一個(gè)例子他解釋了太空發(fā)射系統(tǒng)(SLS)美國國家航空航天局(NASA)提出的火星任務(wù)計(jì)劃中的關(guān)鍵技術(shù)——可以在較低的舞臺上配備化學(xué)火箭，在上舞臺上安裝一個(gè)核熱機(jī)。
在這種情況下核發(fā)動機(jī)將保持“冷”，直到火箭達(dá)到軌道，在這一點(diǎn)上，上階段將被部署，而反應(yīng)堆將被激活以產(chǎn)生推力。報(bào)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(yuǎn)程衛(wèi)星，以及在整個(gè)太陽系中快速高效的載人飛行。
該公司的新合同預(yù)計(jì)將于2019年9月30日到期。屆時(shí)核熱推進(jìn)項(xiàng)目將決定使用低濃縮鈾燃料的可行性。在此之后該項(xiàng)目將花費(fèi)一年的時(shí)間來測試和改進(jìn)其制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(fā)動機(jī)！
來自：NASA、BWXT、Universe today
