核动力火箭，30天到达火星？
最近，国外媒体报道，美国宇航局的工程师正计划建造核裂变装置，以作为宇宙飞船的主要动力，科学家认为，如果我们使用核动力火箭飞往火星，只需要30天时间。
在很多人的眼中，核能最成熟的运用就是核电站，那么，只能发电的反应堆，又是如何用在火箭上的呢？
并非新鲜事物
核动力火箭，并非现在才提出来的新概念。早在20世纪初，得知居里夫妇提炼出放射性元素镭之后，俄国航天之父齐奥尔科夫斯基就预言：“一吨重的火箭只要用一小撮镭，就足以挣断与太阳系的一切引力联系。”
后来，美国还在紧锣密鼓研制第一颗原子弹时，曼哈顿计划的主要领导者之一，有原子弹之父的费米，就给那些正在研制原子弹的科学家说，你们除了研制原子弹，也不要忘了研究以核作为动力的可行性。最后，美国人和苏联人还真是上马了核动力飞机的计划，1957年，美国人又开始了核火箭的研制——猎户座核火箭计划
猎户座核火箭计划
这是一个现在看来相当疯狂的计划，即使出现在科幻小说中，也会给人一种异想天开的感觉，因为它是采用原子弹爆炸的方式给火箭提供动力，具体原理是这样的。
使用一颗颗小当量原子弹在火箭尾部相继爆炸，火箭后面安装一个推进盘，吸收爆炸的冲击波以推动火箭前进。
其升空过程就像海洋里的水母，一下一下的，每扔掉一颗原子弹，火箭就向上窜出一段距离。
根据设想，在起飞阶段，每秒引爆一颗100吨TNT当量的小型原子弹，当火箭到达一定速度和高度后，引爆速率下降到每10秒一枚，由于已经远离地面，此时引爆的是2万吨当量的核弹。
另一个对环境更友好的方式是，先用多根火箭把飞船升到一定高度，然后再尽情地抛出核弹。
显然，使用小当量核弹爆炸以提供动力，这能达到极高的速度。1958年，美国核科学家泰勒设想，如果在大气层外每颗原子弹的爆炸当量为2000吨TNT，那么引爆50颗这样的原子弹后，飞船的最大速度可达70千米/秒。
现在回过头去看，猎户座核火箭计划实在是过于疯狂，但在当时的环境下，其实也是可以理解的。从1945年7月16日美国进行世界上首次核试验到1989年底，各国共进行了2000多次核试验。这其中，美、苏两国核试验次数约占总数的80％。
既然都进行那么多次核试验了，而且还是大当量的，那么用很多小当量核弹发射火箭又有何不可呢？另外，猎户座核火箭计划还有一个在那时听上去很美好的借口：把美苏巨大核武库中的核材料充分利用起来，为人类探索宇宙做贡献。
1963年，《禁止在大气层和外层空间进行核试验条约》生效，猎户座核火箭计划也随之走到了终点。
核热火箭
跟疯狂的“猎户座核火箭”比起来，核热火箭对环境的破坏要小得多。它是在火箭上安装一个小型反应堆，利用反应堆产生的高温，通常是3000k左右，接着利用高温加热液态氢，液态氢被反应堆加热后，体积急剧膨胀，从火箭尾部喷出，产生反推力。核热火箭具有推力大、比冲高、可多次启动等优点。
核热火箭的工作原理跟常规火箭发动机相似，唯一不同的是，核热火箭用核反应堆取代了液体火箭中的化学燃烧。
如图中所示，在涡轮泵的带动下，液体氢通过管子流到反应堆中，液体氢被加热后，高速向喷口喷出，同时有一部分气体通过管子流到涡轮泵，给涡轮泵提供动力。
核热火箭之所以选用氢，是因为氢气具有优异的导热性能，在高温下容易分解为原子氢，并吸收大量的热量，它的导热性能可与金属材料相媲美，是最好的冷却介质之一，同时由于其分子量小，相同质量的气体中，氢气的体积最大。
发动机的动力大小可以通过控制棒进行调节，当控制棒插入时，中子流减少，反应速率降低，动力变小；当控制棒抽出时，中子流增加，动力也随之变大。
早在1946年，美国空军和美国航空航天局就开始了对核热推进技术的研究，而在火箭推进中，最著名的是Rover计划和NERVA计划，在1955年到1968年间美国就投资了15亿美元。
因为耗资巨大，而NASA的1969年预算又遭到了国会的削减，种种困难下，核热火箭项目在1972年被中止。
核电火箭
核电火箭是利用反应堆产生高温，通过热电转换，得到稳定电源后，把气体电离，通过强大的电场力将带电的离子加速，使离子高速后喷出，以反作用力推动飞行器。
把气体电离，不光可以用核能，还可以用太阳能，一般，用太阳能提供电力的推进器叫“离子推进器”，而目前，离子推进器应用最广，相对来说最成熟，从欧空局的“SMART-1”月球探测器，到探索谷神星与灶神星的曙光号，还有在太阳飞行了六十亿千米的“隼鸟号”等等，都是采用离子推进器。
然而，利用太阳能的离子推进器有一个缺点，不能离太阳太远，这要是飞到冥王星或者冲出太阳系，太阳能就指望不上了，这时，还是只有核能可以依靠。
虽然核能的利用不怎么受待见，但是对于太空探索，星际旅行，核能几乎是未来唯一的可行方式。“旅行者1号”虽然已离开太阳系，闯入了星际空间，但它是无人的。另外，“旅行者1号”长久以来之所以还能与地球通讯，也全靠它上面的两枚核电池。所以，未来的太空探索，要想大大超越现今的成绩，核能也许是唯一的选择。
- 发表于 2015-02-24 00:00
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