核動力火箭到底有多“香”

喻海川

隨著載人航天技術不斷進步，未來登上外星球，創建新家園，成為人類宏大的目標。其中，火星作為太陽系中與地球最相似的行星，成為人類移民外星球事業的首選地之一。

然而，建立火星家園面臨著重重挑戰。比如，航天器采用傳統化學能火箭發動機，執行地火往返任務至少需要兩年多時間，而在沒有大氣層削弱輻射的太空中飛行的時間越長，可能遭遇的故障就越多，人員面臨傷病乃至生命危險的隱患越大。因此，載人探火任務要求盡量縮短飛行時間，有必要創新航天動力技術。

近日，美國宇航局和美國國防先進研究計劃局宣布，將合作研發核動力火箭發動機，爭取2027年在軌驗證技術。這項技術有望顯著縮短航天員往返深空任務用時，將為執行載人火星探索任務奠定基礎。

總體上講，核動力火箭在動力輸出功率上，或者在續航力方面，預計比傳統的化學能火箭具有無可比擬的優勢。在對未來所有火箭動力方案的論證中，核動力火箭優勢鮮明，有望縮短航天器飛行時間，減少航天員在失重狀態和宇宙輻射下暴露的危險，更有利于保證健康，還有望簡化航天器生命保障系統的設計，降低負荷和系統復雜度，從而提升可靠性。

此外，核動力火箭的持續工作能力強，任務適應性更好，便于調整啟動狀態。如果任務臨時中止，它有望在太空中航行一段時間后無需補充燃料而安全返回地球。未來從火星等外星球起飛時，核動力火箭有望簡化操作，更可靠地踏上歸途。

不過，核動力火箭不能一概而論。根據核能釋放方式的不同，核動力火箭可分為放射性同位素衰變型、核裂變型和核聚變型3種。

其中，放射性同位素衰變火箭發動機的工作原理是：將放射性同位素衰變產生的射線輻射轉變成熱能，加熱工質，形成推力。研究認為，它能在持續數月的任務中不斷產生微小推力，但不宜充當載人火星探測任務的主動力裝置。

核聚變火箭發動機最令相關領域科研人員神往，其工作原理是利用較輕的原子核聚合成較重的原子核，在這種熱核反應的過程中釋放驚人的能量。可惜的是，核聚變控制難題尚未被攻克，高能激光點火技術仍不夠可靠，所以這種發動機仍處于理論研究階段，多見于科幻作品中。

目前，美國重點研制的核動力火箭基于核裂變工作原理，又稱核熱火箭，可以簡單地理解為核電站“上天”，同樣消耗核燃料。啟動后，工質氣體流經核反應堆吸收熱量，再從噴管加速噴出，產生推力。未來，核裂變火箭發動機或許能使產物呈現等離子狀態，工質氣體被加熱后高速噴出，產生更大的推力或比沖。

使用核動力火箭不代表著載人探火任務“高枕無憂”，反而需要解決新問題。比如，隨著航天員及其生活用品、工作設備增加，航天器會顯著增重，必然對核動力火箭發動機的推力提出更高的要求。同時，核動力固有的安全隱患必須引起高度重視，特別是核輻射對航天員健康的威脅。據悉，新一代核動力火箭方案在核輻射安全方面取得了突破性進展。

暢想不久的將來，核動力火箭有望實用化，移民火星不再是夢想，而是人類航天探索史上的關鍵飛躍。（據《中國航天報》）