本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF
目前，人类涉足的太空还仅仅局限在地球附近。制约人类探索太空的主要因素就是航天器。现有的航天器要在载荷量和动力之间做出权衡：如果想要装载更多的乘员和货物，那就要牺牲动力，减少燃料的装载；如果想要装载更多燃料，那势必会影响载荷量。几十年来，科学家一直在想办法在航天器的载荷量和动力之间实现“收益最大化”。一些航天机构和科学家把目光投向了核动力。
文 | 梅林
核动力，顾名思义就是以核能作为动力来源。人类对核能的利用最早可以追溯至第二次世界大战前夕。时至今日，核动力船只、核电站甚至核武器，尽管争议不断，但核能俨然成为未来人类最有使用前景的能源之一。
目前，人类利用核能提供动力，最成功的实例就是核动力航母，其技术已经相当成熟。要想解决航天器的动力和载荷量矛盾的问题，可能也要依靠核动力。
NERVA：半路夭折的核动力火箭先驱
早在 1952 年，美国的洛斯阿拉莫斯实验室就开始研发核动力火箭。1964 年，美国航空航天局（NASA）开始与洛斯阿拉莫斯实验室合作，将洛斯阿拉莫斯实验室研发的核动力火箭应用于 NASA 的核动力空间试验机（RIFT：Reactor-In-Flight-Test ），并完成了 RIFT 的首次试飞。
当时的“太空竞赛”和 RIFT 的试验成功，促进了美国航天核推进局（SNPO）的建立。在 SNPO 的主持下，洛斯阿拉莫斯实验室开始研发和制造火箭飞行器用核引擎（Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application，缩写为 NERVA），有两家私营公司也参与了研发工作。经过分析和论证，研发团队从众多方案中选择了基于 KIWI 发动机的方案，造出了 NERVA NRX 和 NERVA XE 两台核动力火箭发动机。
这两台核动力火箭发动机仅在实验室中完成了测试，科学家根据测试数据断定，这种核动力火箭发动机适用于太空飞行，推进效率是传统火箭发动机的 2 倍。不过，由于耗资巨大，研发 NERVA 的项目最终被美国政府取消，这两款 NERVA 发动机从没有真正完成过太空飞行任务。
核动力火箭再次柳暗花明
尽管核动力火箭的项目被取消，但是对于该领域的研究并没有就此中断。可是，在核动力火箭领域，几十年来似乎并没有什么突破性进展。NERVA 仍是人类目前唯一制造出的核动力火箭发动机。
近期，情况似乎有了新的变化。NASA、美国国防部高级研究计划局（DARPA）计划研发可以前往火星的核动力火箭发动机，这个项目被命名为“敏捷地月行动演示火箭”（DRACO）项目。根据计划，最早 2027 年，美国将在太空测试一枚核动力火箭。而到了 21 世纪 30 年代末或 40 年代初，NASA 将利用由核动力火箭推进的航天器，将宇航员送上火星。
DRACO 项目是在 2021 年启动的，今年 NASA 加入了这个项目，美国的洛克希德・马丁公司（Lockheed Martin）和其他参与该项目的私营公司将负责核动力火箭的设计、制造和测试。
NASA 的副局长帕姆・梅尔罗伊 （Pam Melroy）表示，与 DARPA 和私营企业的合作将加快送人类上火星相关技术的开发，未来核动力火箭的测试将是实现人类登陆火星的关键一步。
核动力火箭是如何工作的？
与传统的火箭发动机相比，核动力火箭的推进效率能达到它的 2 倍，这样可以搭载更少的燃料，而且在续航能力方面，核动力火箭的表现也更优异。那么如此高效的火箭是如何工作的呢？
其实核动力火箭的工作原理不尽相同。根据核能释放的原理，核动力火箭可以分为 3 类：
放射性同位素衰变火箭发动机：放射性同位素发生衰变会产生辐射，将辐射能转化为热能，加热气体推进剂，气体膨胀并从喷口喷出，形成推力。
核裂变火箭发动机：又叫核热火箭，加热气体推进剂的热量来自核燃料的核裂变反应，工作原理类似现在的核电站。DRACO 项目采用的就是核裂变火箭发动机方案。
核聚变火箭发动机：加热气体推进剂的热量来自核聚变反应。由于核聚变反应不好控制，对于可控核聚变的研究还处于初步阶段，因此核聚变火箭发动机只是理论上的设想。
除了美国，其他国家也在尝试或计划开展核动力火箭的研发工作，比如中国和俄罗斯。2018 年 3 月，中国航天科技集团六院院长刘志让表示，他们正联合中国核动力的相关研究设计单位，开展空间核动力方案的论证和关键技术的研究工作，后续将形成热核、核电等多种方案。在 2040 年前后，中国将实现核动力空间穿梭机的重大突破。
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