给特朗普的卸任大礼：NASA官宣核动力火箭，中国能造出来吗？

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本文作者——李超｜《太空探索》杂志专业撰稿人

3月25日，NASA突然宣布将在2028年底发射“人类第一艘”核动力飞船，前往火星。

这个时间节点听起来颇为微妙——恰好卡在特朗普任期结束之前，似乎是要给这位总统送上一份“卸任大礼”。

但这并非心血来潮，核热推进技术也不是什么新鲜事物。

早在1955年，美国就开展了相关研究活动，一直延续到70年代，并且制造出了一大批工程样机。核热火箭前往火星的构想也不是第一次提出，至少在特朗普上一个任期的2017年，人们就看到过它的PPT。

（核热火箭前往火星的配置，左侧是核发动机，右侧是载人舱）

热推进的原理相对直观，可以把它看作一个开放回路的反应堆。

一般的核反应堆冷却回路分为内回路和外回路：内回路直接冷却堆芯，管道内的温度和压力更高；外回路用来冷却内回路，温度虽然比内回路低很多，但仍然能产生高温高压的蒸汽。

在一般的核电站中，外回路产生的高压蒸汽用来推动汽轮机，发电供电网使用。但在核热推进发动机中，外回路的高压蒸汽是直接当做工质喷射出去的，就像火箭喷射燃气一样。

核热火箭发动机的比冲相当高，可以达到800秒之多，比液氢液氧发动机还要高一倍以上。虽然喷射过程会造成外回路工质的损失，但由于喷射速度高，实际喷射出去的质量并不多，因此在宇宙空间可以长时间巡航。

NASA和美国国防高级研究计划局一度提出“敏捷月球操作示范火箭计划”，希望用核热火箭发动机实现地月之间的转移飞行。

由核热火箭驱动的太空拖船既不返回地球，也不着陆在月球，只是扮演一个摆渡船的角色。这种发动机可以实现外层空间的大范围机动，对于侦察卫星的部署有很大好处。至于所使用的工质，并不是水，而是更难对付、但效率更高的液氢。

（另一种火星核热火箭飞船的设计）

由于投资太大，而且核辐射存在一定风险，“敏捷月球操作示范火箭计划”起起落落，至今也没有实现太空飞行。

核热火箭发动机的研制与核潜艇、核电站都有着很大不同。它对设备紧凑性的要求远远超过核潜艇，但对核辐射防护的要求却可以宽松得多。宇宙空间并不住人，因此这种发动机即使把带有辐射性的物质喷射到太空里，也不会有什么恶性影响——宇宙粒子的辐射能量要比它强得多。

唯一需要担心的，是核热火箭发动机会不会对所运载的宇航员产生辐射危害？

为了解决这个问题，NASA提出研制一种非常细长的桁架结构：核热发动机在桁架的一端，载人舱在另一端，中间不但可以设置厚厚的防护层，还可以用货舱之类的舱段来加强隔离效果。

麻烦在于发射和在轨组装阶段。

这种对辐射防护要求不高的反应堆，在制造期间就要考虑安装人员、运输人员的核辐射安全。进入发射场之后，还要防止它对发射场的工作人员带来危害。这些风险还都算是可控的。

真正的麻烦是发射阶段。

核热火箭发动机虽然比冲很高，但推重比却不能令人满意，不可能靠自己的推力离开地面进入宇宙空间，还要靠化学火箭来发射。但在发射过程中有可能出现事故导致火箭坠落，那么反应堆砸到什么地方，就会给什么地方带来核辐射的危害。如何预防和解决这个问题，NASA还没有给出一个令人信服的答案。

（1967年，美国核热火箭被运往试验台）

从长远来看，在宇宙空间使用核能来进行推进是必由之路。离开了地球轨道，向更深远的太阳系行进，就会遇到太阳辐射能量严重下降的问题。无论怎么加大太阳能帆板的面积，也无法支撑深空的载人探索。

所以，利用核能是唯一的选择。

核反应堆产生电力之后，也可以考虑采用离子火箭发动机来推进。这样损失的工质更少，而且离子火箭发动机的比冲比核热发动机更高。但离子发动机目前所能够实现的推力就更小了。当人们需要实现快速星际转移的时候，恐怕还是需要核热发动机上阵。

（实验室里的核热火箭环境试验样机）

这种发动机研制出来之后，还能够为外星核电站提供技术基础。目前NASA已经提出希望能够在月球表面部署核电站，这样在月球进入夜晚的时候也能够给月球基地供电。

在火星上，人类将面临同样的问题。火星距离太阳要比地球远得多，加上火星大气和沙尘暴的影响，太阳能电站恐怕无法提供足够的电力，还需要繁琐的维护。所以在火星上建设核电站也是必由之路。有了足够的电力之后，火星车、火星直升机之类的设备就可以运行起来。

（工人正在安装核热火箭模拟堆芯）

在这场深空核动力的竞赛中，中国并未缺席。我们的航天科研单位也在探索空间核电的基础技术，有单位已经完成了布雷顿循环热电转换系统的测试，这为开展空间核电系统的实际研制和应用奠定了基础。

中国第三位女航天员王浩泽，也是航天科技集团的一名工程师，她正是负责核热火箭的研制工作。

不管美国2028年是否真的能实现核热火箭的首飞，中国的核热火箭，正在实实在在地推进研制，向着钱学森制定的星际航行路线，稳稳前进。

人类第一艘核热推进飞船，头衔归属美国？我看未必。

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