历史的指点，曾经的灵感
太阳系是一个非常巨大的地方，用传统的化学火箭从一个星球到另一个星球需要很长的时间。但是一项早在20世纪60年代发展起来的技术为长途旅行提供了新思路，它就是核火箭。
化学火箭的工作原理是点燃某种易燃化学物质，然后引擎会喷射火焰，推动火箭飞上太空，这得多亏牛顿第三定律——物体之间的作用力总是相互的。虽然化学火箭可以把宇航员送上月球，但这项技术也有许多缺点和限制。在未来，这些限制会阻挡我们向太阳系更远的地方进行探索。
那么化学火箭有什么缺点呢？化学发动机产生的动力相对较少，宇航员需要依靠“瞄准行星”等操作才能精准定位，还需要发射窗口设施才能提供额外的引力弹弓效应，帮助火箭进入太空。此外，化学火箭的速度很慢，这使得载人前往火星很不方便，要花费很长时间……
化学火箭要去火星至少需要八个月，而一枚核火箭可以将旅行时间缩短一半，甚至缩短到100天，这意味着宇航员消耗的资源更少，辐射负荷也更低。所以核火箭比化学火箭更节省能源，重量更轻。
那么结论就是一枚核火箭可以在短短四个月内到达火星，土星的旅行需要三年时间，而化学火箭到达土星需要七年时间。虽然还是很慢，但是已经缩短了很长时间，缩短的这段时间很有用，这样可以减少宇航员和仪器暴露在宇宙射线和太阳风辐射的时间。所以在太空中，时间就是生命，时间也是金钱。
核动力火箭的概念并不新鲜，早在1955年，洛斯阿拉莫斯科学实验室就开展了针对核火箭的罗孚项目，该项目的目标是开发用于空间应用的核火箭技术。1969年，NERVA发动机的成功让人信心大增，当时美国宇航局马歇尔太空飞行中心主任Wernher von Braun还提议派遣12人乘坐两枚核火箭分别前往火星，每个火箭由三个NERVA发动机推动。该任务将于1981年11月发射，1982年8月登陆火星。
这段时间内测试的发动机几乎符合美国宇航局的所有规格，包括推力、重量比、比冲、发动机重新启动和发动机寿命等有关规格。当罗孚计划在1972年被取消时，有一台发动机甚至超过了美国宇航局的规格。
当时，Phoebus-2A项目的发动机产生高达4000兆瓦的热动力。简单来说，它甚至是有史以来建造的最强大的核推进反应堆。项目期间，科学家们对核动力火箭发动机进行了22次重大试验，试验还解决了核火箭测试时出现的复杂问题。
核电站和核火箭在反应堆和冷却系统上的不同
用于空间推进的反应堆和发电的反应堆的主要区别就是堆芯的温度还有内部构造，核火箭反应堆核心包括：
(1)含有产生裂变的放射性物质的燃料元件；
(2)旨在使燃料元件就位的结构；
(3)通过吸收、反射或减缓裂变反应产生的中子来控制反应堆运行的结构；
(4)冷却系统。
冷却系统或“工作流体”可以吸收燃料元件产生的热量，并将热量或能量转移到系统的其他部分，以产生推进或电力，这就是核火箭的冷却系统。
另外，在冷却系统方面，核热火箭反应堆和发电厂反应堆还有一个主要区别，那就是在冷却系统方面核火箭使用氢，而核发电厂使用水。氢是核火箭最好的推进剂气体，不过，高温核火箭和氢一起运作给科学家带来了许多技术挑战。
尽管各种组件从未真正组装成可飞行的火箭，但工程师们满意的是，通过参数模拟，核火箭可以满足向火星飞行的参数需要。但是后来美国决定不想去火星了，他们选择了航天飞机的道路。该项目于1972年被关闭，此后便没有人试验过核火箭了。
直到今年……
2019年5月22日，美国国会批准了1.25亿美元的资金用于发展核推进火箭。尽管这一计划在NASA的Artemis 2024重返月球计划中不起任何作用，但这是美国宇航局制定的一项多年研究计划。该计划允许进行核热推进演示，还可以利用核火箭进行空间演示的相关操作，另外还需要对未来核火箭的推进和电力系统进行总结。
核火箭如何推进呢？
核动力火箭使用的核裂变反应堆有点类似那些在核电站和推进船上使用的反应堆。它们利用裂变反应堆释放的热能加热单一的低分子量推进剂，也就是氢气。这是与Cr铬的基本区别，Cr是利用双基推进剂的化学反应能。核火箭的核反应堆也被称为极高温气冷堆EHTGR，也就是说可以在不发生裂变能量燃料熔融的情况下，被加热到最高温度，并由氢气推进剂冷却。推进剂从EHTGR中吸收焓，并在非常高的温度和排气速度下通过收缩，之后发散喷管向外膨胀。
核火箭发动机的主要部件由什么组成呢？首先是推进剂供给系统PFS，涡轮泵总成TPA、EHTGR和热力喷嘴。液态氢储存在绝缘推进剂罐中，并通过TPA的泵抽运。然后泵将增压后的氢流送到二次反应堆部件（喷嘴、慢化剂、反射器等）的冷却通道中，以提取热量作为推进剂的供料动力。二次元件冷却后，辅助加热的液态氢流向TPA，驱动TPA。之后液态氢流入反应器核心的主燃料区，在通过热力喷嘴排出，产生火箭推力。
所以大家听着核火箭好像很陌生，但是核火箭NTR技术已经开发和成功测试了近50年。它的总体概念很简单，可以与现代太空飞行器兼容。从1955年到1972年，核火箭技术可以应用在火箭运载器中，核发动机NERVA项目的一部分在世界进行了大量的研究和开发。这些主要项目建造和测试了20个不同的反应堆，到这里，其实就证明了核火箭发动机的实际可行性。
值得一提的是，在项目中测试的最小引擎名叫Pewee，它就足以用于人类的火星任务。现在，科学比之前先进一些，利用神经衍生发动机的概念，可以建立最先进的火箭，多次改变发动机的设计，以提高火箭性能。
此外，世界科学家对追求下一代更高效、更紧凑、更轻量化设计的创新核火箭发动机也进行了广泛的研究。利用核能还开发出了更多类型的发动机，如粒子泵发动机、微型反应堆发动机，还有方形蜂窝发动机和热机火箭发动机。所以，利用核火箭运载人类进行长距离空间任务不是一个技术问题，而是一个公众问题。
那么未来公众接受了核火箭技术，它会有什么应用呢？其实包括太阳系探索、运输和对国际能源的支持。空间站和近地天体飞行任务。第一个项目就是人类对火星及其他地方的探索任务，因为核火箭在远距离太空任务中比化学火箭更可靠和灵活。
现在利用核火箭极高温气冷堆还可以建造太空“充电宝”，这种核双峰设施就好像一个发电站，只不过不同的是它是太空发电站，它可以为任何适配的飞行器和空间站提供动力。通过使用核双峰设施，月球周期轨道上可以放置空间站，而核双峰设施可以为空间站提供电力，未来的月球表面基地也可以受益。
核火箭极高温气冷堆技术还有一个激动人心的应用——进行威胁调查或拦截近地天体。无论这些近地天体是小行星还是彗星。核火箭用相同数量的推进剂达到的速度是化学火箭两倍以上，这就允许核火箭在较短的时间或更长的距离内与潜在的近地天体威胁相互作用。
刚才我们从核火箭的冷却系统，发动机，还有核火箭极高温气冷堆改造的双峰核设施等角度解析了一下未来核火箭和核火箭反应堆应用。但是刚才我们也说到了，核火箭真正应用不是技术的问题，而是公众对于核能的恐惧……
恐惧没有消除，核火箭仍在路上
一些太空探索公司的高管表示，如果没有核火箭带来的动力，许多太空探索计划和开发星球计划将不得不搁置。核火箭支持者认为，核推进可以让太空探测器，如小行星带的黎明号任务，更快地到达目的地，并在到达目的地后做更多探测，而不是把时间浪费在怎么装更多化学燃料上。
核火箭专家表示，如果想要实现长距离载人计划，未来公众将不得不克服对核辐射的恐惧情绪。公众对核辐射的恐惧，以及政府对核材料流失的担忧，导致了对空间探测器使用放射源的苛刻要求，也导致了核推进研究经费的削减，未来在月球或其他行星上建立居住区需要这项技术。
现在核能在太空探索领域只应用到了一些探测器上，比如卡西尼号和新地平线探测器，还有一些火星探测器，它们都是从一种称为放射性同位素热电发电的技术中获得能量的，这种技术利用放射性衰变产生热量和电能，目的是为探测器提供能量，作用在火箭上的核能是完全没有的……
那么现在关键就是让公众了解核能，了解核火箭。首先需要做的就是保证安全，科学家必须尽量保证核火箭在建造，试飞，演示等阶段的安全，这样才能打消公众的恐惧。第二个就是加大科普活动，让人们像了解化学火箭那样了解核动力火箭。
“我们需要核能开启太空探索新时代。”诺思罗普格鲁曼民用太空部门的副总裁莫琳希思曾说过这样一句话。确实，大家可以看到现在化学火箭也只能依靠多段，叠加引擎等方式提高推进力，到达更远的距离，但是现在化学火箭也到了一个瓶颈期……所以核火箭新推动力方式在未来会显得越来越重要。
未来，值得期待，希望新推进能源能早日到来。
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