NASA：2035年，將核動力火箭送往火星

智東西

編譯 | 子佩

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智東西12月24日消息，雖然核反應堆在地球危機四伏，但在太空的它們可是潛力“寶藏”。

近期，NASA和多家公司進行溝通，擬開發由核裂變及核聚變作爲動力的星際飛船，目標是在2035年前，核動力驅動的飛船可以奔赴火星。一、核動力潛力無限，燃料瓶頸尚待攻破

核火箭發動機的想法可以追溯到上世紀四十年代，在通常的設想中，化學火箭會先將飛船發射出低地球軌道之外，然後核動力火箭會“接棒”，作爲推動力送飛船在星際中穿梭。

核反應堆釋放的能量能將液態氫加熱至2430攝氏度，約爲核電站核心溫度的八倍，推進劑也會以極快的速度噴出噴嘴。每單位質量核燃料提供的推力是化學燃料的兩倍，從而使核動力飛船可以航行更長時間，並且在到達目的地時，核反應堆所釋放的能量可以從推進系統轉換到電力系統，這爲飛船自身正常運行和向地球傳輸數據都提供了更好的保障。

如NASA首席工程師Jeff Sheehy所言，核動力對於火星探測這種星際旅行是很有利的，但核燃料是我們首先要解決的問題。

具體來說，燃料需要承受發動機內部的超高溫和揮發性環境。

武器級、高濃縮鈾的核火箭能提供足夠推力，但可能不夠安全；商業核電廠用的低濃度鈾燃料使用起來更安全，但在高溫和高濃度氫的的環境下，它們容易分解。

針對這個問題，與NASA合作的兩家公司都各自提出了自己的解決方案。

位於西雅圖的核安全技術公司Ultra Safe Nuchlear Technologies（下簡稱USNC-Tech）在鈾燃料微粒上塗上一層微型陶瓷塗層，再放在碳化鋯基體中，通過這種“隔離”方式，防止放射性裂變產生的副產物擴散的同時，也以微粒的方式加快散熱。

USNC-Tech工程總監Michael Eades說：“因爲這樣的方式，所以即使我們的鈾燃料濃度達到了20%，也能在保證火箭的推力的同時降低發生意外的風險。”

位於弗吉尼亞州的BWX Technologies（下簡稱BWX）也與NASA簽訂了合約，希望設計出陶瓷複合燃料形式，或者研究可以在金屬基質中燃燒的替代燃料。該公司技術部門總經理Joe Miller表示，從2017年，他們就在進行反應堆的設計。

除了燃料，用於控制核裂變反應速度、維持連鎖反應的慢化劑也很重要。

BWX通過在燃料塊中散佈在氫化物元素控制反應速度，USNC-Tech則將鈸金屬集成到燃料中。USNC-Tech工程總監Eades又指出，集成了鈸金屬的燃料可以經受住氫、輻射以及高溫，且不會耗盡反應堆中的中子。二、爲更安全的核動力火箭，普林斯頓尋覓新方法

除了上述兩家公司，普林斯頓等離子體物理實驗室的科學家也爲核火箭推進提出新設想，即不一樣的聚變反應堆。

普林斯頓等離子體物理實驗室的Samuel Cohen表示，目前主流的聚變反應是氫同位元素氘和氚的燃料，但它們都不夠安全。

爲了設計出一種更安全的小型核動力火箭，Cohen領導的小組正在製造一種新的反應堆，利用高溫等離子體中氘原子和氦-3之間的聚變，這樣反應中也會產生較少的中子。中子容易讓鋼鐵結構在變脆的同時具有很強的放射性。