发布日期：2026-09-27 23:31 点击次数：132
北京航空航天大学 胡佳、孙保华 编译自Richard Corfield. Physics World，2024，(3)：32
本文选自《物理》2024年第4期
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走向核能。好意思国的DRACO火箭将运用裂变响应堆的热量将其股东天际
皇冠博彩运用核能进行天际旅行的认识不错记忆到20世纪50年代。那时的东谈主们目击了广岛和长崎的核爆后，迟缓采纳了核能可用于和平主义。数学物理学家戴森是核能源天际旅行最坚决的支撑者之一。1958年，他参与了通用原子公司的“猎户座”神态，这一神态是物理学家泰勒(Ted Taylor)的创意，旨在建造一艘重达4000吨的天地飞船，运用2600枚核弹助其股东到天际。
从环境的角度来看，在天地飞船的背面装置原枪弹听起来很荒诞，但戴森策画出，“仅有”0.1—1个的好意思国东谈主会因此患癌症。该神态致使得到了火箭群众冯·布劳恩的支撑，并进行了一系列非核航行检修。行运的是，1963年的《部分退却核检修协议》隔断了该酌量，戴森本东谈主也留神志到原子飞船对环境的危害后，猬缩了对其的支撑。
尽管猎户座酌量扫尾了，核能源股东的眩惑却从未袪除，何况某种进程上正在复苏。天然，当今的想路与使用原枪弹不同，是将核裂变响应堆的能量传递给股东剂燃料，将其加热至约2500 K后通过喷嘴喷出，这个经过被称为“核热股东”(NTP)。另一想路是运用裂变能量将气体电离，从航天器的后部辐射出来，即“核电股东”(NEP)。那么，核能源天际旅行是一个切合本色的愿景吗?若是是的话，哪种技艺会胜出?
核助推
大多数传统火箭使用庸碌的化学燃料提供能源。如20世纪60—70年代的土星5号火箭使用的是液体燃料，而1986年辐射失败的挑战者号航天飞机使用的是固体燃料。最近的SpaceX的猎鹰火箭使用了煤油和氧气的搀杂物。这些股东剂的“能量密度”(单元体积储存的能量)和“比冲量”(它们产生推力的后果)皆较小，扫尾了火箭的总推力(比冲量乘以排出气体的质地流量和地球引力)。
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使用化学股东剂的远航极限是月球。要意想达更远处的行星和其他深空主义地，航天器时常运用多个不同业星的引力，导致旅程间接且时辰长。举例，NASA的朱诺号任务需要五年时辰才到达木星，而旅行者号飞船花了30多年才到达太阳系的旯旮。此类任务还受到窄且少的辐射窗口的扫尾。
核能源航天器将使用裂变能来加热燃料(如低温储存的液态氢)。NASA马歇尔天际航行中心前副主任、现接事于亨茨维尔亚拉巴马大学的Dale Thomas说：“核能源股东，不论是电股东照旧热股东，皆能从给定质地的燃料中索求出比毁灭股东更多的能量。”如今最高效的化学股东系统比冲量约为465 s。比拟之下，由于核响应的功率密度更高，核热股东的比冲量不错达到近900 s。再连合更高的推重比，核热股东不错在500天内将火箭送到火星，而不是900天。
体育博彩投注“推重比决定了航天器的加快智商，这在诸如逃离地球引力或在深空进行生动等要道任务阶段尤其垂死”，英国航天局(UK Space Agency)辐射系统肃肃东谈主Mauro Augelli示意，“另一方面，比冲量是斟酌火箭使用股东剂后果的方针。”基本上，对于给定数目的股东剂，核能源航天器不错比化学火箭运行得更快，防守推力的时辰更长。这对于载东谈主火星任务来说丧祭常成心的，宇航员不仅不错快速到达主义地，何况受到的天地辐射也会更少。“此外，较短的任务握续时辰减少了在后勤和生命保险方面的挑战，使深空探索愈加可行和安全，”Augelli补充说。
除了镌汰航程时辰外，核能源还不错在航天器到达主义地后为其提供能源。NASA的格伦谋划中心的联系神态肃肃东谈主Lindsay Kaldon说到，“核能在太阳能和化学系统无法欣慰始终运行需求的顶点环境和空间区域中，具有庞杂的上风”。
\"核天际旅行简史
核能源航天的认识不错记忆到20世纪50年代。那时，物理学家戴森提倡使用原枪弹将火箭股东至天际。20世纪六七十年代，好意思国国度航空航天局和好意思国原子能委员会启动了火箭航行器具核引擎(NERVA)酌量，运用裂变响应产生的热量推动火箭插足天际。天然从未进行过该任务，但NERVA在响应堆设计、制造、涡轮机械和电子方面赢得了若干阐扬。在20世纪80年代，好意思国斥资2亿好意思元设置了天际核热股东(SNTP)酌量，迷惑核能源火箭。SNTP是好意思国策略驻扎酌量的一部分，应答来袭的核导弹。由于燃料元件容易受力龙套，且股东系统测试本钱过高，到20世纪90年代初隔断了SNTP。当今NASA再次着眼于核天际旅行。
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2020年，好意思国政府向通用原子公司、洛克希德·马丁公司和蓝色发源公司三家公司拨款近1亿好意思元，开展“敏捷地月步履示范火箭”(DRACO)神态，将核航天器再行提上了议程。第一阶段将奋力于于展示核热股东不错用于近地轨谈上的火箭航行，方向是杀青与现存化学火箭系统忘形的推重比。
该神态肃肃东谈主Tabitha Dodson以为，核空间响应堆若能告捷辐射和航行，将透顶改换天际航行。与仍是达到极限的化学系统不同，核技艺在表面上不错进化到核聚变等系统，致使更远，从而使东谈主类飞得更远，在航天任务中有更高的活命和告捷几率。
通用原子公司将设计核热股东响应堆并为股东子系统绘图蓝图，而蓝色发源公司和洛克希德·马丁公司将策画航天器自己。只须在飞船到达“核安全”轨谈之后，才会启动响应堆，也便是说，即使发生极小概率的事故，任何浑浊皆将无害地散失到天际中。裂变响应堆将使用一种迥殊的高含量低浓缩铀(HALEU)，不错从响应堆回收的燃料中索求。洛克希德·马丁公司仍是与BWX技艺公司联手迷惑响应堆并分娩HALEU燃料，最早可能于2027年辐射一枚DRACO火箭。
爱达荷国度实验室的谋划东谈主员正在匡助NASA迷惑和测试核火箭所需的材料，从长久来看，其方向是服气哪些材料、复合结构和铀化合物在核热股东响应堆的顶点高温条目下职责最好。
按需提供能源。像这么的裂变能源系统不错在月球和火星上提供安全、高效和可靠的电力
来自响应堆的热量将加热氢燃料，在给定质地下提供最大的速率变化，即Δv。氢的弱点是密度很低，需要大型箱体储存。其他股东剂，如氨，每千克的Δv较低，但密度要大得多。Thomas标明，氨是将天文体家从围绕月球运行的空间站投递火星的逸想燃料。
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Thomas在2020年对于核热股东技艺的综述中记忆谈：老例的核热股东系统不错为八成50分钟的短期毁灭提供多数推力，将是飞越和交会任务的逸想遴荐。但也有“双格式”系统，将核热股东与核电股东连合起来，前者提供快速爆发的高推力，此后者产生较永劫辰的低推力，十分顺应远程的来去任务。
BWX技艺公司的空间和工程支配Kate Haggerty Kelly示意，核热股东系统的后果是化学股东系统的两到五倍，提供了大推力。比拟之下，“核电股东系统不错提供更高的后果，较低的推力，但通过核裂变产生的能量不错辅助为电能，为航天器上的子系统提供能源。”
挂牌澳门博彩核热股东和核电股东哪个更顺应于深空功课？把柄Thomas的说法，这取决于任务的类型，“对于特定类别的任务，如朝上一定质地的科学航天器、载东谈主或特定主义地的任务，核热股东将是最好遴荐；而对于其他任务，核电股东将愈加合适。就像一次汽车旅行相似，这取决于行程距离、佩带若干行李以及行程安排等等。”
NASA仍是在斟酌几个核能源天际任务。把柄2021年6月发布的一份求教，这些任务可能包括围绕天王星和木星的多样卫星运行的航天器，以及围绕并着陆在“海卫一”的其他航天器。该求教还瞎想了一枚插足太阳极地轨谈、致使插足星际空间的核能源火箭。
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归根结底，某种类型的核股东，不论是单独照旧连合使用，皆将成为东谈主类改日进行天际探索的垂死构成部分。NASA、英国航天局和欧洲航天局皆在谋划核能源天际航行技艺，到21世纪30年代，有望在首批载东谈主火星任务上使用某种神色的新技艺，戴森的空想可能很快就会杀青。
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