解密“獵戶座”核動(dòng)力飛船

文- 裘偉廷

“獵戶座計(jì)劃”是人類有史以來最異想天開的航天計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃的方案是向火箭后面拋出核彈，依靠核彈爆炸來推動(dòng)前進(jìn)——這樣的設(shè)計(jì)方案，即使出現(xiàn)在科幻小說中也顯得過于瘋狂

1958年，正是冷戰(zhàn)早期、美蘇剛開始太空爭霸的時(shí)候，美國著名核科學(xué)家泰勒提出了一個(gè)瘋狂的設(shè)想，這就是人類有史以來最異想天開的航天計(jì)劃——“獵戶座計(jì)劃”。

核動(dòng)力太空船的瘋狂設(shè)想

“獵戶座計(jì)劃”是造一艘像遠(yuǎn)洋巨輪般龐大的核動(dòng)力太空船——“獵戶座”，并將這艘至少可乘載40名宇航員的太空船送往火星、木星或土星。根據(jù)計(jì)劃，“獵戶座”太空船只需125天就能往返火星，飛船上可攜帶100噸設(shè)備和食品，如果換成常規(guī)的火箭推進(jìn)飛船，這簡直是不可能的事。在美國科學(xué)家的最初計(jì)劃中，“獵戶座”太空船將在1970年搭載著宇航員抵達(dá)土星。

相對(duì)于化學(xué)動(dòng)力的火箭，核動(dòng)力火箭的優(yōu)勢(shì)是相當(dāng)明顯的。同樣重量的核燃料與化學(xué)燃料相比，釋放出的能量要大數(shù)百萬倍。所以核動(dòng)力火箭可以獲得遠(yuǎn)超化學(xué)動(dòng)力火箭的動(dòng)力，最終達(dá)到的速度也快得多。

有了強(qiáng)勁的核動(dòng)力引擎，火箭載重更大，宇宙飛船不再需要精打細(xì)算減輕重量；發(fā)射場地也不用靠近低緯度以利用地球自轉(zhuǎn)的作用了，可供選擇的發(fā)射地點(diǎn)更廣泛；飛行也更快，發(fā)射飛船不再需要考慮借助行星的引力而必須等待特定的日期，一年四季都可以發(fā)射。飛往火星所要花費(fèi)的時(shí)間，也將從9個(gè)月縮短到2個(gè)月。

用數(shù)千枚小型核彈作動(dòng)力

不過，怎樣才能把核動(dòng)力用在火箭上呢？

“獵戶座”飛船沒有機(jī)翼和尾翼，不像航天飛機(jī)那樣通過滑翔方式返回地球，而是通過降落傘降落，因而不需要復(fù)雜的氣動(dòng)外形和防熱系統(tǒng)。

人類現(xiàn)在利用核能的方式就是裂變反應(yīng)堆，這也是現(xiàn)在唯一可以控制核能釋放的方法。于是，有人提出，在火箭上安裝一個(gè)裂變反應(yīng)堆，用核反應(yīng)堆加熱液態(tài)氣體向后噴射來推動(dòng)火箭前進(jìn)。這種方法的問題在于必須攜帶許多液體推進(jìn)劑，但這會(huì)增大火箭的重量。更大的問題是核反應(yīng)堆本身，想想核電站規(guī)模有多大，核動(dòng)力航母、核潛艇也都是龐然大物。這是因?yàn)榉磻?yīng)堆必須能承受核反應(yīng)的高溫，所以要做得很大、很重。而重量可是火箭航天的最大敵人——看來，把反應(yīng)堆直接搬上火箭的方法不靠譜。

于是，核彈爆炸推進(jìn)的大膽方案出現(xiàn)了。過去利用核能的困難就是巨大能量不好控制，所以需要龐大反應(yīng)堆。那么，用于火箭上干脆不要控制好了。而不需要控制的核能，正是原子彈。“獵戶座”太空船的工作原理就是：讓火箭攜帶數(shù)千枚小型核彈，當(dāng)飛船需要?jiǎng)恿r(shí)，火箭將向身后拋出原子彈并引爆，每拋下一枚核彈，火箭就被推動(dòng)一次，所以動(dòng)力不是連續(xù)的，而是像水母一樣一下一下推進(jìn)的。依靠這樣不斷的瞬間加速，火箭同樣可以獲得高速度。

為了讓爆炸的輻射和高溫不至于損傷火箭，這個(gè)計(jì)劃還采取了一系列措施。在每個(gè)拋出去的核彈上都附加了塑料，利用它來吸收核爆產(chǎn)生的中子輻射。而且火箭后面安裝了一個(gè)金屬推進(jìn)盤，目的是利用分解后的塑料轉(zhuǎn)化成高熱的等離子噴流，撞擊火箭推進(jìn)盤，從而推動(dòng)太空船高速行駛；而不是以核爆炸直接沖擊火箭，這樣不但降低了輻射還提高了推進(jìn)效率。

事實(shí)上，由于核彈爆炸產(chǎn)生的是瞬間推動(dòng)力，這樣，雖然分解的塑料噴流溫度高達(dá)數(shù)千度，但與推進(jìn)盤作用的時(shí)間非常短，傳遞到推進(jìn)盤上的熱量也很少。所以，即使超過了材料的熔點(diǎn)，在沒有冷卻裝置情況下推進(jìn)盤也不會(huì)熔化。采用這種推進(jìn)方式，鋁和鋼都可作為推進(jìn)盤的材料。還有一個(gè)問題，爆炸瞬間火箭獲得的巨大加速度是人體無法承受的，所以在推進(jìn)盤和火箭本身之間設(shè)置了緩沖器，儲(chǔ)存接收到的爆炸沖量，再釋放出來推動(dòng)火箭。

在計(jì)劃中，“獵戶座”太空船將從美國內(nèi)華達(dá)州杰克斯平地核測(cè)試地點(diǎn)被發(fā)射升空。這個(gè)太空船將有60層樓高，外型有點(diǎn)像顆子彈頭?！矮C戶座”火箭的起飛重量達(dá)1萬噸，與化學(xué)火箭不同，由于“獵戶座”燃料重量小，所以可以運(yùn)載更多的貨物和人員。這1萬噸中的有效載荷可達(dá)數(shù)千噸，“獵戶座”太空船比普通飛船寬大得多，150名宇航員可舒適地在太空船上居住。不過“獵戶座”的著陸是個(gè)問題，初步設(shè)想是抵達(dá)目的地行星后，太空船留在行星軌道上，用其攜帶的一架航天飛機(jī)在行星與軌道之間運(yùn)送人員。

“獵戶座計(jì)劃”的夭折

1958年，“獵戶座計(jì)劃”誕生于美國圣迭戈的通用原子能公司，當(dāng)計(jì)劃取得一定進(jìn)展之后，美國國防部立刻成立了高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA）并為“獵戶座計(jì)劃”投入100萬美元經(jīng)費(fèi)。這時(shí)，美國民用航天計(jì)劃已全部改由美國國家航空航天局（NASA）負(fù)責(zé)，軍用的則交給了空軍。由于美國百姓對(duì)核計(jì)劃從來沒有好感，受公眾影響，NASA也盡量在航天計(jì)劃中保持無核化，于是沒有支持“獵戶座計(jì)劃”。而“獵戶座計(jì)劃”在軍事上的潛力也不明顯，所以空軍也不感興趣。因此DARPA暫時(shí)保留了“獵戶座計(jì)劃”，而沒有交給NASA或者空軍。

1959年，DARPA決定不再以國家安全為由支持“獵戶座計(jì)劃”。面對(duì)危機(jī)，“獵戶座”工作者只好“強(qiáng)行推銷”，先是爭取到空軍的支持，條件是要開發(fā)“獵戶座計(jì)劃”的軍事價(jià)值；然后，向NASA負(fù)責(zé)人的“推銷”也奏效了，畢竟核動(dòng)力優(yōu)勢(shì)明顯。

但到了1963年，禁止大氣核試驗(yàn)條約給了“獵戶座計(jì)劃”致命一擊。盡管“獵戶座計(jì)劃”幾乎沒有任何明顯的技術(shù)缺陷，然而它卻有一個(gè)最大的弱點(diǎn)——它依賴原子彈爆炸做動(dòng)力，當(dāng)它飛出大氣層時(shí)，必將釋放出核輻射塵污染地球環(huán)境。由于對(duì)大氣的核污染是難以回避的，同時(shí)阿波羅登月計(jì)劃的展開也吸引了人們的眼球以及NASA的經(jīng)費(fèi)，所以“獵戶座計(jì)劃”失去了NASA的資助。隨后，空軍也停止了經(jīng)費(fèi)支持，最終這個(gè)計(jì)劃無聲無息地夭折了。

雖然，由于種種原因“獵戶座計(jì)劃”被擱淺了，但它的技術(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)，核動(dòng)力仍是有前途的火箭動(dòng)力。相對(duì)于裂變能源，一個(gè)更好的替代方案是使用核聚變，這樣就不存在裂變反應(yīng)的污染問題。為此英國星際學(xué)會(huì)提出利用核聚變?cè)淼摹按_(dá)羅斯計(jì)劃”，這個(gè)方案是產(chǎn)生核聚變“微爆”，向后噴射出等離子體，從而推動(dòng)飛行器前進(jìn)，這種方法比“獵戶座”火箭更高效。

“代達(dá)羅斯”火箭的尺寸比“獵戶座”火箭大許多，但基本結(jié)構(gòu)是相同的，它實(shí)際上就是一個(gè)“聚變放大版”的“獵戶座”火箭。核聚變能源利用的最大問題是控制，不過在火箭上這都不是問題了，因?yàn)楦静恍枰刂疲巳剂喜粩啾?，波浪式的推進(jìn)。而建造這種核動(dòng)力火箭的必需技術(shù)，其實(shí)早在30年前就已具備了。

核動(dòng)力是人類目前掌握的最強(qiáng)大能源，相信在未來，“獵戶座計(jì)劃”的繼承者總有一天會(huì)載著人類，自由來往于太陽系中。