解密“獵戶座”核動力飛船

文- 裘偉廷

“獵戶座計劃”是人類有史以來最異想天開的航天計劃，這個計劃的方案是向火箭后面拋出核彈，依靠核彈爆炸來推動前進——這樣的設計方案，即使出現在科幻小說中也顯得過于瘋狂

1958年，正是冷戰早期、美蘇剛開始太空爭霸的時候，美國著名核科學家泰勒提出了一個瘋狂的設想，這就是人類有史以來最異想天開的航天計劃——“獵戶座計劃”。

核動力太空船的瘋狂設想

“獵戶座計劃”是造一艘像遠洋巨輪般龐大的核動力太空船——“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。根據計劃，“獵戶座”太空船只需125天就能往返火星，飛船上可攜帶100噸設備和食品，如果換成常規的火箭推進飛船，這簡直是不可能的事。在美國科學家的最初計劃中，“獵戶座”太空船將在1970年搭載著宇航員抵達土星。

相對于化學動力的火箭，核動力火箭的優勢是相當明顯的。同樣重量的核燃料與化學燃料相比，釋放出的能量要大數百萬倍。所以核動力火箭可以獲得遠超化學動力火箭的動力，最終達到的速度也快得多。

有了強勁的核動力引擎，火箭載重更大，宇宙飛船不再需要精打細算減輕重量；發射場地也不用靠近低緯度以利用地球自轉的作用了，可供選擇的發射地點更廣泛；飛行也更快，發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，一年四季都可以發射。飛往火星所要花費的時間，也將從9個月縮短到2個月。

用數千枚小型核彈作動力

不過，怎樣才能把核動力用在火箭上呢？

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

人類現在利用核能的方式就是裂變反應堆，這也是現在唯一可以控制核能釋放的方法。于是，有人提出，在火箭上安裝一個裂變反應堆，用核反應堆加熱液態氣體向后噴射來推動火箭前進。這種方法的問題在于必須攜帶許多液體推進劑，但這會增大火箭的重量。更大的問題是核反應堆本身，想想核電站規模有多大，核動力航母、核潛艇也都是龐然大物。這是因為反應堆必須能承受核反應的高溫，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，把反應堆直接搬上火箭的方法不靠譜。

于是，核彈爆炸推進的大膽方案出現了。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?！矮C戶座”太空船的工作原理就是：讓火箭攜帶數千枚小型核彈，當飛船需要動力時，火箭將向身后拋出原子彈并引爆，每拋下一枚核彈，火箭就被推動一次，所以動力不是連續的，而是像水母一樣一下一下推進的。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，這個計劃還采取了一系列措施。在每個拋出去的核彈上都附加了塑料，利用它來吸收核爆產生的中子輻射。而且火箭后面安裝了一個金屬推進盤，目的是利用分解后的塑料轉化成高熱的等離子噴流，撞擊火箭推進盤，從而推動太空船高速行駛；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效率。

事實上，由于核彈爆炸產生的是瞬間推動力，這樣，雖然分解的塑料噴流溫度高達數千度，但與推進盤作用的時間非常短，傳遞到推進盤上的熱量也很少。所以，即使超過了材料的熔點，在沒有冷卻裝置情況下推進盤也不會熔化。采用這種推進方式，鋁和鋼都可作為推進盤的材料。還有一個問題，爆炸瞬間火箭獲得的巨大加速度是人體無法承受的，所以在推進盤和火箭本身之間設置了緩沖器，儲存接收到的爆炸沖量，再釋放出來推動火箭。

在計劃中，“獵戶座”太空船將從美國內華達州杰克斯平地核測試地點被發射升空。這個太空船將有60層樓高，外型有點像顆子彈頭。“獵戶座”火箭的起飛重量達1萬噸，與化學火箭不同，由于“獵戶座”燃料重量小，所以可以運載更多的貨物和人員。這1萬噸中的有效載荷可達數千噸，“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”的著陸是個問題，初步設想是抵達目的地行星后，太空船留在行星軌道上，用其攜帶的一架航天飛機在行星與軌道之間運送人員。

“獵戶座計劃”的夭折

1958年，“獵戶座計劃”誕生于美國圣迭戈的通用原子能公司，當計劃取得一定進展之后，美國國防部立刻成立了高級研究計劃署（DARPA）并為“獵戶座計劃”投入100萬美元經費。這時，美國民用航天計劃已全部改由美國國家航空航天局（NASA）負責，軍用的則交給了空軍。由于美國百姓對核計劃從來沒有好感，受公眾影響，NASA也盡量在航天計劃中保持無核化，于是沒有支持“獵戶座計劃”。而“獵戶座計劃”在軍事上的潛力也不明顯，所以空軍也不感興趣。因此DARPA暫時保留了“獵戶座計劃”，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“獵戶座計劃”。面對危機，“獵戶座”工作者只好“強行推銷”，先是爭取到空軍的支持，條件是要開發“獵戶座計劃”的軍事價值；然后，向NASA負責人的“推銷”也奏效了，畢竟核動力優勢明顯。

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

雖然，由于種種原因“獵戶座計劃”被擱淺了，但它的技術完全可以實現，核動力仍是有前途的火箭動力。相對于裂變能源，一個更好的替代方案是使用核聚變，這樣就不存在裂變反應的污染問題。為此英國星際學會提出利用核聚變原理的“代達羅斯計劃”，這個方案是產生核聚變“微爆”，向后噴射出等離子體，從而推動飛行器前進，這種方法比“獵戶座”火箭更高效。

“代達羅斯”火箭的尺寸比“獵戶座”火箭大許多，但基本結構是相同的，它實際上就是一個“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，因為根本不需要控制，核燃料不斷爆炸，波浪式的推進。而建造這種核動力火箭的必需技術，其實早在30年前就已具備了。

核動力是人類目前掌握的最強大能源，相信在未來，“獵戶座計劃”的繼承者總有一天會載著人類，自由來往于太陽系中。