你的揹包690

核動力火箭前景非常光明，人類並不是不想製造核動力火箭和飛船

先看一個消息

最近的幾個消息也表明了NASA的態度，下面貼兩個新聞。

新聞1:

據航空航天日報&防務報告2015年9月7日報道，美國國家航空航天局（NASA）再次評估利用核熱火箭（NTR）執行深空任務的可能性。NASA核熱火箭技術研發項目計劃NASA正在資助一個技術研發項目的第二階段工作，計劃執行成功的地面試驗，並在10年內最終實現一臺小型核熱火箭發動機的飛行試驗。

新聞2:

美國宇航局經歷了半個世紀的努力來打造一種能夠在太空中使用的核反應堆，而且剛剛完成了一次新設計的測試。這臺新反應堆名為Kilopower，它的下一個里程碑有可能是在2020年代的某個時間開啟太空飛行。

第一個新聞是美國在1954年開啟的核熱火箭計劃的延續，使用了當時的技術。第二個新聞裡面的核反應堆則是核分裂電推進引擎的基礎。這說明美國已經開始為他們的火星登陸計劃準備下一代的核火箭了。

那麼這兩個計劃到底能不能成功就要看美國的技術積累和兩種核火箭的難度了。

先從核熱火箭說起核熱火箭是以核裂變燃料產生熱，加熱燃燒室中的工作流質（即推進劑）使其噴出。通常採用分子量最低的氫作為獲得反作用力的工作流質以求得最高的噴氣速度。美國在六零年代曾經進行過一項稱之為「核引擎火箭推進系統應用」的研究計畫，（Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications,NERVA）測試過這類核子火箭的可能性。

最終NERVA計劃第一階段的成品NRX–XE的標稱功率為1500兆瓦(福特級航母的發電功率只有150兆瓦)，真空比衝825s，可以重新啟動十次，工作時間為一小時(可以更久，實際上是作為公質的液氫攜帶量限制了工作時間)，性能遠遠超過現有的化學火箭(現有的液體燃料化學火箭連續工作時間不超過3分鐘，固體火箭更短。而且化學火箭的比衝也遠比核熱火箭差)。

可以說美國在1970年已經可以製造出實用的核熱火箭，現在有需求的話只需要10年的時間就能造成更先進的成品核熱火箭發動機。美國在這方面的技術積累非常深厚，重啟研究不會遇到難以解決的困難。

核裂變電推進方面也沒有難以克服的困難

這種系統簡單的來說，就是用核電站發電，以電力來加速發射帶電粒子來獲得推力。當然這個核電廠的體積和重量必須縮小到能夠裝進太空船中才行。而小型核電站已經算是相當成熟的技術了，例如目前最小的核潛艇排水量不到1000噸(美國很早就建造出核動力載人深潛器)，因此基本上此類系統問題並不大。

核裂變電推進發動機發射的帶電粒子則可從電子到各式離子與電漿等範圍，視需求而有不同。基本上為求得較高的推力與較快的加速度，工作流質以質量較重的金屬離子或電漿為主。若是要求效率的話則就以發射較輕的粒子如氫離子來得到較高的噴射速度。

電推進系統使用的霍爾推進器

這類電推進系統的比衝非常大，以光電池等一般動力輸出得到的比衝值已經可以達到1000秒~10000秒之間，況且其潛力遠不止於此，若是能以核分裂動力提供源源不絕的能源來加速很輕的帶電粒子，則具有把比衝提高到100000秒的潛力。

雖然核裂變電推進系統有非常巨大的優點，但其缺點也很突出。這種系統的缺點是推力非常低，其為了效率必須使粒子加到極高的速度噴射，但粒子的質量非常小，單位時間內能噴射的粒子質量有限因此獲得的推力很低。故採用此種系統的太空船加速度會非常低，一般大約在 10的負5次方個 G左右。因此必須持續數週到數月的加速才能達到設計上的最高速度，同時也不可能推動太空船從星球表面起飛。

將核熱火箭和核裂變電推進系統結合起來，就可以克服二者的缺點，得到既能從地面起飛又有較高比衝的複合發動機系統。而這在幾十年的時間裡是可以實現的。

上面兩個系統只是核裂變火箭發動機中技術難度比較低的。就核裂變熱推進系統而言，理論上具有另一種較為優秀的引擎存在，即氣態核心反應爐。這是相對於NERVA 計畫中使用的固態（石墨或者氧化鋯慢化劑）核心反應堆而言，以鈾電漿與氫混和的氣態爐心反應堆。其比衝潛力在5000秒~10000秒之間。

這類引擎的困難與受控核聚變反應堆有點類似，皆為爐心高溫氣體的處理相當麻煩。不過由於其並沒有進行核聚變，氣體溫度僅約攝氏數萬度，遠較核聚變堆的數千萬到上億度為低，因而難度低了許多。
氣態核心裂變火箭發動機實際上是磁約束核聚變火箭發動機的技術超簡化版

氣態核心裂變發動機的缺陷是有較高的輻射危害。氣態核心裂變核火箭依靠核裂變反應產生的能量將核反應堆芯的氣態混合物和氫氣混合後噴出獲得推力(混入的氫氣多則推力變大但比衝會因此減小，混入氫氣多了噴氣速度會降低進而影響比衝)。因噴射的是堆芯裡的高溫氣體和氫氣的混合物，會有輻射汙染(核熱發動機噴出的是氫氣，汙染很小)。因為汙染，這種發動機可能不能在大氣層中使用，不過太空和其他行星不存在核汙染的問題，如果人類可以在火星月球建立基地，那麼這種發動機將是非常好的選擇。

很多航天人心裡夢寐以求的火箭發動機則是核聚變火箭發動機。核聚變反應堆現在主要有兩個技術路線，一個是以託卡馬克為代表的磁約束核聚變堆，一個是以激光慣性約束核聚變為代表的慣性約束核聚變。

託卡馬克技術經過多年的研究已經快要成熟，下一代的ITER和CFETR已經非常接近實用聚變堆(與實用聚變堆相比只是缺少發電裝置)，不過磁約束聚變堆體積過於巨大(ITER整個系統自重超過萬噸)可能不適合用在火箭上，未來適合太空飛船的可能是激光慣性約束核聚變堆。

實用化的激光慣性約束核聚變火箭發動機每秒會用激光成百上千次的點燃微型聚變燃料塊，微型燃料塊發生核聚變後產生的能量可以推動火箭或者飛船加速前進。現代的激光技術有了很大的進展，美國為六代機準備的超高功率密度的激光器已經接近完成，這種激光器在200kg的重量和極小的體積內實現了上百千瓦的功率，功率重量比達到了每公斤1千瓦以上(這還是幾年前的數據)。軍用技術的進步一直推動著民用技術的發展，現代計算機和互聯網都是軍轉民獲得成功的例子，未來激光武器的蓬勃發展也會給激光慣性約束核聚變堆帶來突破。

未來化學火箭可能會發展最後的兩代，即500噸級的可回收火箭和1000噸級的可回收火箭，之後就全面轉向核火箭的研發。即使製造出載重1000噸的超級化學火箭，也無法改變化學火箭比衝低的弊病。低比衝意味著火箭無法達到較高的速度，這就導致搭載化學火箭發動機的飛船飛往火星等地外行星需要更久的時間，進而限制航天事業的發展，即使是最差勁的核熱火箭比衝依然是化學火箭的兩倍以上。核火箭發動機的高比衝不僅僅只有可以節省大量的時間這一個優點，低燃料消耗也意味著高運載質量，不論是哪種核火箭都可以極大提高人類的太空發射能力。1000噸級的化學火箭實用要等到2040年以後，此時受控核聚變可能會有非常大的進展，即使核裂變火箭發動機計劃因為輻射的原因而被取消，核聚變火箭發動機也會逐漸開始發展。當一個技術發展到瓶頸時(前提是有較大的需求)必定會有新技術的突破，航天技術也是一樣的。發展陷入瓶頸的化學火箭必定會被核火箭替代。

人類航天的未來必定是屬於核火箭的。固守化學火箭就像工業時代時固守農耕文明一樣，是完完全全的短視，人類想要進入太空時代必須儘快發展核火箭，這是不變的真理。未來的太空戰艦必定是核動力驅動

至於核動力宇宙飛船或者戰艦，不是人類不想造，而是技術達不到要求。

除了宇宙飛船的重量和體積問題，宇宙飛船的動力系統也是一道天險。如果要推動一艘1萬噸且有10km/s速度的飛船以3g的加速度加速需要3000000兆瓦(三百萬兆瓦)的功率，一艘福特級航母的反應堆發電功率只有150兆瓦，兩者差了20000倍。即使使用NERVA–XE火箭發動機也需要2000臺才能達到如此之高的功率。可能世界上所有軍艦的動力系統的功率加起來也達不到三百萬兆瓦。
福特級航母的

建造太空飛船所需要的技術是現代人難以想象的，就像是第一工業時代的人們無法想象飛機、二戰時候的人們無法想象電子計算機一樣，太空飛船可能對我們來說是下一個科技時代的技術。

不過我們也不必因此而悲觀，下一個技術大突破可能很快就要到來。量子計算機已經研究了幾十年，很多理論方面的研究已經結束，十年內就可能有實用化產品出現。但量子計算機進入民用方面可能還需要30年的時間(軍用計算機和民用計算機也差了30年左右的時間)。中國的CFETR計劃則代表著受控核聚變方面方面的未來(ITER由於是國際合作項目各方矛盾較多導致完成時間嚴重延後)。CFETR計劃已經在2017年末正式立項，計劃投資1000億人名幣，將在2035年建成等離子體溫度達到1億度且持續時間長達1000s，輸出能量與輸入能量之比≈25的聚變試驗堆。受控核聚變和量子計算機的發展將是人類技術的一次巨大的進步，受控核聚變能解決人類社會最為重要的能源問題，量子計算機可以解決計算問題，這兩個技術相互促進足以讓人類打開下一個時代的大門。

200年前人類還是農耕時代，120年前人類還是蒸汽時代，80年前人類還是電器時代，幾百年前人類無法想象出科學技術有多大的進步，而現在也一樣。科技發展表面上的停滯不一定只是技術的止步不前，它更可能是技術大爆炸前夕短暫的寧靜。

超視距天波雷達

當今最擁有大動力的能源莫過於核能了，列如核動力航母就要比一般的動力航母的續航時間長的多，速度也更快，而核潛艇在水下停留的時間是一般動力潛艇的兩三倍。海洋中已經實現核動力戰艦和潛艇，那麼為是否在空天領域可以建造相應的核動力飛船或者火箭哩？

其實並不是單純的看核動力好就是可以隨意的往任何東西按，首先核動力的航母或者潛艇，它們是通過核能產生熱量來代替蒸汽機的燃料。通俗點說就是蒸汽機不燒煤炭這種傳統燃料了，改成核熱。不過人家的原理沒變，仍然是蒸汽機原理。而宇宙飛船後者火箭是啥原理，是通過航天發動機的高運轉和空氣產生強大的推力，所以現在都是通過燃燒燃料，給空氣增溫，導致壓力差，壓力的發作用了推動飛行器的。

拋開原理的問題不談，核動力還是難以安裝在火箭和飛船上。目前，所有的核動力載體都需要加裝大型的和反應堆，而無論是火箭還是宇宙飛船要想脫離地球引力就註定不能攜帶過重過大的裝置，所以核動力的小型化是能不能實現的前提。另外一個就是核動力的安全問題，且不論出現使用錯誤導致太空核爆炸這樣的極端情況，關鍵是對飛船本身的輻射以及對工作人員輻射的問題怎麼解決。畢竟越高精尖的產品技術就越複雜。就算到時候解決了核反應堆小型化的問題了，也不是代表就一定可以建造核動力宇宙飛船。因為在航天材料以及與其它航天設備的應有上該如何兼容都是要考慮的問題。所以當下還是解決核動力在地面上的安全問題吧。

楠竹一

核動力航母和核潛艇，是利用核能產生熱量來代替蒸汽機的燃料。說白了就是蒸汽機不燒煤炭這種傳統燃料了，改成核熱，但是原理仍然是蒸汽機原理，運用到航天發動機上是極其困難的，航母和潛艇在水裡螺旋槳旋轉和水產生推力。飛機的發動機高速運轉和空氣產生推力。而航天發動機在太空中沒有水和空氣，所以傳統的動力結構根本無法利用。現有的航天飛機和火箭，是利用燃料燃燒向外噴射產生推力。所以核動力航天器目前如何利用是非常困難的，中美俄等國科學家都在思考這個問題，目前還沒有行之有效的方案出來。

老隱隱於巔

第一個，核動力發動機怎麼解決他小型化的方法，火箭和飛船想要脫離地球引力就註定了不能攜帶過重過大的裝置。第二個核輻射對人體傷害的問題，現有科技怎麼能解決載人核動力航天器輻射在狹窄空間對人體產生致命輻射的問題！第三個核裝置的安全穩定的使用問題！日本核電站洩露想必大家還記得吧，在地面上使用都不能安全使用，何況是要在太空中極端條件下保障安全使用，那要是一爆炸…不就等於一顆核彈在太空爆炸嗎？

一個人的海邊7

核動力航母和潛艇，是以核能為熱源，加熱船上的蒸汽鍋爐為動力，其傳動結構還是蒸汽機模式，這種核動力肯定是不能用在火箭上的。俄羅斯不久前宣稱研製成功了核動力巡航導彈。其原理是利用核能，瞬間加熱空氣，使其體積瞬間膨脹產生推力，這種發動機需要空氣，同樣不能用在真空的宇宙環境中。現有科技還不能夠支持威力太小的核爆炸，只能進行最簡單的核反應的熱傳遞，也許未來有可能會造出來吧……

亞美利加蘇維埃合眾國

謝謝，以地球各國目前掌握的核技術現在還不足以應用於核動力宇宙飛船上，一是核反應堆小型化的問題沒解決。二是安全問題，現今人類只是初步掌握了核技術，在太空的複雜環境中能否安全穩定工作，在地球上都不能說百分百安全。其次還要考慮核輻射，對飛船本身的輻射以及對工作人員輻射的問題怎麼解決等等，越高精尖的產品技術越複雜。即使哪天解決了核反應堆小型化技術問題也不是說就能造核動力宇宙飛船，這關係到新型航天材料，生命學科等等一系列系統問題研究與應用，以人類目前的知識技術可能辦不到，或許未來有一天會成功。

晨悠雲歌

關鍵字: 軍事 火箭 未來