《大众科学》网站2020年5月27日刊发美科罗拉多大学博尔德分校航空航天工程科学专业伊恩·博伊德教授写的文章称，未来的星际旅行需要核动力火箭推进系统。

随着美国宇航局和埃隆•马斯克都在专注于火星探索，穿越太空，进行远程载人任务即将到来。而核动力火箭是实现这一目标的新方法。与传统化学燃料火箭或现代太阳能电力火箭相比，核动力火箭有许多优点，但在过去40年中，美国只进行了8次运载核反应堆的太空发射。2019年，相关法律法规已发生变化，有关新一代核动力火箭的相关研制工作已经开启。

为什么需要速度？

太空旅行的第一步是使用火箭把飞船送入轨道，一旦飞船到达太空，事情就会变得很有趣。为了逃离地球引力并到达深空目的地，飞船需要额外的加速，这就是核动力系统发挥作用之处。如果宇航员想探索比月球或火星更远的地方，为了在短时间内到达目的地，只能加快飞行速度。

高速火箭更适合长途太空旅行有两个原因：安全和时间。前往火星的宇航员将暴露在非常高的辐射水平下，这可能会导致癌症和不育等严重的长期健康问题。辐射屏蔽可以降低辐射水平，减少对人体的辐射。而减少辐射暴露的一个更好的方法就是快速到达你要去的地方。

随着人类向更远的深空进行探索，尽快从无人任务中获取数据显得非常重要。旅行者2号花了12年的时间才到达海王星，并在那里拍下了一些令人难以置信的照片。如果旅行者2号拥有一个更快的推进系统，天文学家可能早在多年前就有了这些照片和他们所包含的信息。

当今的系统

一旦飞船脱离地球引力，在比较任何推进系统时，有三个重要方面需要考虑：推力——系统推进能加速飞船的速度；质量效率——系统在给定燃料量下能产生多少推力；能量密度——给定量的燃料能产生多少能量。目前，最常用的推进系统是化学推进系统，即常规燃料火箭和太阳能电力推进系统。

化学推进系统提供了大推力，但化学火箭的效率并不高，火箭燃料的能量密度也不高。把宇航员送上月球的土星五号火箭在升空时产生了3500万牛顿的力，并携带了95万加仑的燃料。它需要大量的燃料才能到达任何地方，这也导致化学火箭的体积和重量居高不下。

电力推进系统利用太阳能电池板产生的电力进而产生推力。最常见的方法是利用电场加速离子，比如霍尔推进器。太阳能看似是无限的，但是随着飞船离太阳越来越远，太阳能密度会越来越小，太阳能火箭发动机上的太阳光抛物面反射镜聚焦器获得的热能严重不足。

核动力火箭之所以有优势，是因为它们提供了难以置信的能量密度。用于核反应堆的铀燃料的能量密度是肼的400万倍。将少量铀送入太空要比几十万加仑的燃料容易得多。

核动力火箭的两种选择

工程师们为太空旅行设计了两种主要的核动力系统。第一种称为核热推进系统。该系统功能强大，效率适中。使用一个类似核潜艇上核反应堆的小型核裂变反应堆来加热氢气等气体，然后这些气体通过火箭喷嘴高速喷出以提供推力。美国航天局的工程师估计，用核热推进系统比化学动力火箭推进系统速度快20%-25%。

核热推进系统的效率是化学推进系统的两倍多，这意味着使用相同质量的推进剂产生的推力是化学推进系统的两倍，并可以提供100000牛顿的推力。这足以让一辆车在大约四分之一秒内从0加速到96公里/小时。

第二种核基火箭系统称为核电力推进系统。目前还没有建好的核电力系统，但其想法是使用大功率裂变反应堆来发电，然后为霍尔推进器等电力推进系统提供动力。核电推进系统的效率大约是核热推进系统的三倍。由于核反应堆可以产生大量的能量，许多独立的电推进器可以同时工作以产生更大的推力。

核电系统将是进行超长距离飞行任务的最佳选择，因为它们不需要太阳能，效率非常高，并且可以提供相对较高的推力。但是，尽管核电火箭极具发展前景，但在投入使用前仍有许多技术问题需要解决。

为什么还没有核动力火箭？

核热推进系统的研制工作始于20世纪60年代，但尚未进行太空飞行。上世纪70年代美国首次实施的法规要求任何核空间项目都要经过多个政府机构的逐案审批，并得到总统的明确批准。

当特朗普政府在2019年8月发布总统备忘录时，一切都改变了。在尽可能保证核发射安全的同时，新法规允许核材料含量较低的核任务跳过多机构审批程序。只要像美国宇航局这样的赞助机构证明任务符合安全建议即可。但更大规模的核任务仍然会像以前一样经历同样的审批程序。

随着这一法规的修订，美国宇航局在2019年的国防预算中获得了1亿美元资金支持，用于发展核热推进系统。国防高级研究计划局还正在开发一种空间核热推进系统，以便在地球轨道之外开展国家安全行动。

经过60年的停滞后，核动力火箭有可能在10年内飞向太空。这一令人振奋的成就将开创太空探索的新时代。人们将前往火星，科学实验将在我们整个太阳系内外取得新的发现。