歷史的指點，曾經的靈感
太陽系是一個非常巨大的地方，用傳統的化學火箭從一個星球到另一個星球需要很長的時間。但是一項早在20世紀60年代發展起來的技術為長途旅行提供了新思路，它就是核火箭。
化學火箭的工作原理是點燃某種易燃化學物質，然後引擎會噴射火焰，推動火箭飛上太空，這得多虧牛頓第三定律——物體之間的作用力總是相互的。雖然化學火箭可以把宇航員送上月球，但這項技術也有許多缺點和限制。在未來，這些限制會阻擋我們向太陽系更遠的地方進行探索。
那麼化學火箭有什麼缺點呢？化學發動機產生的動力相對較少，宇航員需要依靠“瞄準行星”等操作才能精準定位，還需要發射窗口設施才能提供額外的引力彈弓效應，幫助火箭進入太空。此外，化學火箭的速度很慢，這使得載人前往火星很不方便，要花費很長時間……
化學火箭要去火星至少需要八個月，而一枚核火箭可以將旅行時間縮短一半，甚至縮短到100天，這意味著宇航員消耗的資源更少，輻射負荷也更低。所以核火箭比化學火箭更節省能源，重量更輕。
那麼結論就是一枚核火箭可以在短短四個月內到達火星，土星的旅行需要三年時間，而化學火箭到達土星需要七年時間。雖然還是很慢，但是已經縮短了很長時間，縮短的這段時間很有用，這樣可以減少宇航員和儀器暴露在宇宙射線和太陽風輻射的時間。所以在太空中，時間就是生命，時間也是金錢。
核動力火箭的概念並不新鮮，早在1955年，洛斯阿拉莫斯科學實驗室就開展了針對核火箭的羅孚項目，該項目的目標是開發用於空間應用的核火箭技術。1969年，NERVA發動機的成功讓人信心大增，當時美國宇航局馬歇爾太空飛行中心主任Wernher von Braun還提議派遣12人乘坐兩枚核火箭分別前往火星，每個火箭由三個NERVA發動機推動。該任務將於1981年11月發射，1982年8月登陸火星。
這段時間內測試的發動機幾乎符合美國宇航局的所有規格，包括推力、重量比、比衝、發動機重新啟動和發動機壽命等有關規格。當羅孚計劃在1972年被取消時，有一臺發動機甚至超過了美國宇航局的規格。
當時，Phoebus-2A項目的發動機產生高達4000兆瓦的熱動力。簡單來說，它甚至是有史以來建造的最強大的核推進反應堆。項目期間，科學家們對核動力火箭發動機進行了22次重大試驗，試驗還解決了核火箭測試時出現的複雜問題。
核電站和核火箭在反應堆和冷卻系統上的不同
用於空間推進的反應堆和發電的反應堆的主要區別就是堆芯的溫度還有內部構造，核火箭反應堆核心包括：
(1)含有產生裂變的放射性物質的燃料元件；
(2)旨在使燃料元件就位的結構；
(3)通過吸收、反射或減緩裂變反應產生的中子來控制反應堆運行的結構；
(4)冷卻系統。
冷卻系統或“工作流體”可以吸收燃料元件產生的熱量，並將熱量或能量轉移到系統的其他部分，以產生推進或電力，這就是核火箭的冷卻系統。
另外，在冷卻系統方面，核熱火箭反應堆和發電廠反應堆還有一個主要區別，那就是在冷卻系統方面核火箭使用氫，而核發電廠使用水。氫是核火箭最好的推進劑氣體，不過，高溫核火箭和氫一起運作給科學家帶來了許多技術挑戰。
儘管各種組件從未真正組裝成可飛行的火箭，但工程師們滿意的是，通過參數模擬，核火箭可以滿足向火星飛行的參數需要。但是後來美國決定不想去火星了，他們選擇了航天飛機的道路。該項目於1972年被關閉，此後便沒有人試驗過核火箭了。
直到今年……
2019年5月22日，美國國會批准了1.25億美元的資金用於發展核推進火箭。儘管這一計劃在NASA的Artemis 2024重返月球計劃中不起任何作用，但這是美國宇航局制定的一項多年研究計劃。該計劃允許進行核熱推進演示，還可以利用核火箭進行空間演示的相關操作，另外還需要對未來核火箭的推進和電力系統進行總結。
核火箭如何推進呢？
核動力火箭使用的核裂變反應堆有點類似那些在核電站和推進船上使用的反應堆。它們利用裂變反應堆釋放的熱能加熱單一的低分子量推進劑，也就是氫氣。這是與Cr鉻的基本區別，Cr是利用雙基推進劑的化學反應能。核火箭的核反應堆也被稱為極高溫氣冷堆EHTGR，也就是說可以在不發生裂變能量燃料熔融的情況下，被加熱到最高溫度，並由氫氣推進劑冷卻。推進劑從EHTGR中吸收焓，並在非常高的溫度和排氣速度下通過收縮，之後發散噴管向外膨脹。
核火箭發動機的主要部件由什麼組成呢？首先是推進劑供給系統PFS，渦輪泵總成TPA、EHTGR和熱力噴嘴。液態氫儲存在絕緣推進劑罐中，並通過TPA的泵抽運。然後泵將增壓後的氫流送到二次反應堆部件（噴嘴、慢化劑、反射器等）的冷卻通道中，以提取熱量作為推進劑的供料動力。二次元件冷卻後，輔助加熱的液態氫流向TPA，驅動TPA。之後液態氫流入反應器核心的主燃料區，在通過熱力噴嘴排出，產生火箭推力。
所以大家聽著核火箭好像很陌生，但是核火箭NTR技術已經開發和成功測試了近50年。它的總體概念很簡單，可以與現代太空飛行器兼容。從1955年到1972年，核火箭技術可以應用在火箭運載器中，核發動機NERVA項目的一部分在世界進行了大量的研究和開發。這些主要項目建造和測試了20個不同的反應堆，到這裡，其實就證明了核火箭發動機的實際可行性。
值得一提的是，在項目中測試的最小引擎名叫Pewee，它就足以用於人類的火星任務。現在，科學比之前先進一些，利用神經衍生發動機的概念，可以建立最先進的火箭，多次改變發動機的設計，以提高火箭性能。
此外，世界科學家對追求下一代更高效、更緊湊、更輕量化設計的創新核火箭發動機也進行了廣泛的研究。利用核能還開發出了更多類型的發動機，如粒子泵發動機、微型反應堆發動機，還有方形蜂窩發動機和熱機火箭發動機。所以，利用核火箭運載人類進行長距離空間任務不是一個技術問題，而是一個公眾問題。
那麼未來公眾接受了核火箭技術，它會有什麼應用呢？其實包括太陽系探索、運輸和對國際能源的支持。空間站和近地天體飛行任務。第一個項目就是人類對火星及其他地方的探索任務，因為核火箭在遠距離太空任務中比化學火箭更可靠和靈活。
現在利用核火箭極高溫氣冷堆還可以建造太空“充電寶”，這種核雙峰設施就好像一個發電站，只不過不同的是它是太空發電站，它可以為任何適配的飛行器和空間站提供動力。通過使用核雙峰設施，月球週期軌道上可以放置空間站，而核雙峰設施可以為空間站提供電力，未來的月球表面基地也可以受益。
核火箭極高溫氣冷堆技術還有一個激動人心的應用——進行威脅調查或攔截近地天體。無論這些近地天體是小行星還是彗星。核火箭用相同數量的推進劑達到的速度是化學火箭兩倍以上，這就允許核火箭在較短的時間或更長的距離內與潛在的近地天體威脅相互作用。
剛才我們從核火箭的冷卻系統，發動機，還有核火箭極高溫氣冷堆改造的雙峰核設施等角度解析了一下未來核火箭和核火箭反應堆應用。但是剛才我們也說到了，核火箭真正應用不是技術的問題，而是公眾對於核能的恐懼……
恐懼沒有消除，核火箭仍在路上
一些太空探索公司的高管表示，如果沒有核火箭帶來的動力，許多太空探索計劃和開發星球計劃將不得不擱置。核火箭支持者認為，核推進可以讓太空探測器，如小行星帶的黎明號任務，更快地到達目的地，並在到達目的地後做更多探測，而不是把時間浪費在怎麼裝更多化學燃料上。
核火箭專家表示，如果想要實現長距離載人計劃，未來公眾將不得不克服對核輻射的恐懼情緒。公眾對核輻射的恐懼，以及政府對核材料流失的擔憂，導致了對空間探測器使用放射源的苛刻要求，也導致了核推進研究經費的削減，未來在月球或其他行星上建立居住區需要這項技術。
現在核能在太空探索領域只應用到了一些探測器上，比如卡西尼號和新地平線探測器，還有一些火星探測器，它們都是從一種稱為放射性同位素熱電發電的技術中獲得能量的，這種技術利用放射性衰變產生熱量和電能，目的是為探測器提供能量，作用在火箭上的核能是完全沒有的……
那麼現在關鍵就是讓公眾瞭解核能，瞭解核火箭。首先需要做的就是保證安全，科學家必須儘量保證核火箭在建造，試飛，演示等階段的安全，這樣才能打消公眾的恐懼。第二個就是加大科普活動，讓人們像瞭解化學火箭那樣瞭解核動力火箭。
“我們需要核能開啟太空探索新時代。”諾思羅普格魯曼民用太空部門的副總裁莫琳希思曾說過這樣一句話。確實，大家可以看到現在化學火箭也只能依靠多段，疊加引擎等方式提高推進力，到達更遠的距離，但是現在化學火箭也到了一個瓶頸期……所以核火箭新推動力方式在未來會顯得越來越重要。
未來，值得期待，希望新推進能源能早日到來。
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