核推進(jìn)將迎來(lái)發(fā)展良機(jī)

□ 于遠(yuǎn)航

近期，“核推進(jìn)”這個(gè)概念在圈內(nèi)又熱起來(lái)。美國(guó)天軍空間作戰(zhàn)副部長(zhǎng)湯普森在一個(gè)論壇上表示，“核推進(jìn)具備從效率上可大大優(yōu)于常規(guī)化學(xué)火箭的潛力，能擴(kuò)大我們所能到達(dá)的范圍?！?/p>

對(duì)于愛好航天者來(lái)說(shuō)，“核推進(jìn)”可以說(shuō)是既熟悉又陌生。熟悉是因?yàn)椋缭谏蟼€(gè)世紀(jì)50 年代中期，人類初步掌握核技術(shù)不久，美國(guó)就開始了核熱火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制。而疏遠(yuǎn)感是因?yàn)?，由于普通民眾?duì)于核事故的極端恐懼，使得航天界對(duì)于使用核推進(jìn)技術(shù)慎之又慎，迄今只有極少的應(yīng)用案例。

然而隨著人類的腳步逐漸走向深空，沉寂許久的核熱推進(jìn)概念再一次回到人們的視野之內(nèi)。

我們知道，火箭推進(jìn)系統(tǒng)是航天飛行任務(wù)的核心技術(shù)之一。火箭推進(jìn)系統(tǒng)的推力、比沖和工作壽命直接決定了任務(wù)的范圍、規(guī)模和周期。

目前，航天飛行任務(wù)主要使用的是化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，其中的液氫液氧推進(jìn)劑組合比沖最高，約為500 秒左右，這基本已經(jīng)達(dá)到了極限。如果采用化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行未來(lái)的深空探測(cè)任務(wù)，尤其是載人深空探測(cè)，就很難完成發(fā)射規(guī)模大、任務(wù)周期長(zhǎng)的任務(wù)，而且成本費(fèi)用也將高得難以承受，不能滿足未來(lái)載人火星探測(cè)、大型星際貨物運(yùn)輸?shù)瓤臻g任務(wù)的需求。因此，發(fā)展先進(jìn)的火箭推進(jìn)技術(shù)已成為必然選擇。

核熱推進(jìn)采用核反應(yīng)堆替代液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的化學(xué)燃燒室，利用原子核反應(yīng)釋放的熱量，直接加熱推進(jìn)工質(zhì)，通過(guò)擴(kuò)張噴管后高溫推進(jìn)劑工質(zhì)被加速，從而產(chǎn)生巨大推力。核熱推進(jìn)比沖可達(dá)1000 秒左右，推力可達(dá)數(shù)十千牛甚至上百千牛，兼具比沖高和推力大的特點(diǎn)，是未來(lái)航天飛行任務(wù)，尤其是載人深空探測(cè)任務(wù)和大型星際貨運(yùn)飛行任務(wù)的理想推進(jìn)選擇之一。

美國(guó)宇航局在未來(lái)載人火星探測(cè)任務(wù)的牽引下，一直在進(jìn)行著空間核推進(jìn)技術(shù)的研究，包括核熱推進(jìn)和核電推進(jìn)兩條技術(shù)路線。然而，由于過(guò)去幾十年里資金投入少，而且斷斷續(xù)續(xù)，成效并不顯著，有許多重大障礙需要克服。近年來(lái)，隨著阿爾忒彌斯探月計(jì)劃成為美國(guó)政府力推的一項(xiàng)重大航天任務(wù)，核推進(jìn)技術(shù)又獲得了新的發(fā)展契機(jī)。

就在我國(guó)嫦娥五號(hào)成功返回的當(dāng)天，美國(guó)白宮發(fā)布了“太空政策指令6 號(hào)”文件，指出要在2027 年底前在月球表面建立核電站、使用核能技術(shù)探索火星等，其中利用核熱火箭探索火星是美國(guó)計(jì)劃的重要任務(wù)。

美國(guó)國(guó)會(huì)已經(jīng)在敦促美國(guó)宇航局發(fā)展核熱推進(jìn)系統(tǒng)，甚至在美國(guó)宇航局并未申請(qǐng)的情況下，已經(jīng)為相關(guān)技術(shù)研發(fā)工作預(yù)留了經(jīng)費(fèi)。美國(guó)眾議院的一個(gè)分委會(huì)于7 月12 日上報(bào)的一項(xiàng)2022 財(cái)年撥款法案就提出為核熱推進(jìn)工作撥款1.1 億美元。

美國(guó)宇航局已經(jīng)不是正在尋求發(fā)展核熱推進(jìn)技術(shù)的唯一機(jī)構(gòu)了。美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DARPA）的“敏捷地月空間行動(dòng)驗(yàn)證火箭”（簡(jiǎn)稱“天龍座”）計(jì)劃正在支持開展核熱推進(jìn)系統(tǒng)的初步論證工作，擬將其用于地月空間的快速機(jī)動(dòng)。

DARPA向通用原子公司簽發(fā)了2200萬(wàn)美元的一項(xiàng)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)工作合同，而藍(lán)色起源公司和洛·馬公司則拿到了為“天龍座”計(jì)劃研制采用核熱推進(jìn)系統(tǒng)的飛船的合同。

技術(shù)推動(dòng)、需求牽引，這是航天技術(shù)得以推動(dòng)和發(fā)展的法寶。在如今國(guó)際社會(huì)日益將目光投入到地月空間甚至地火空間的競(jìng)爭(zhēng)之中時(shí)，看來(lái)核推進(jìn)技術(shù)即將迎來(lái)一個(gè)大發(fā)展的良好契機(jī)，有望成為未來(lái)深空開發(fā)和探測(cè)的寵兒。