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核动力火箭的前世今生
来源:中国航天系统科学与工程研究院     日期:2013年10月17日    字体:【】【】【
  在阿波罗计划备受关注的20世纪60年代,新墨西哥州洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)科学实验室(如今为洛斯阿拉莫斯国家实验室)的科学家和工程师,致力于将人类快速送往火星甚至更远。他们当时建造并测试的核热火箭—推进系统,该火箭若是被研发成功,仅需四个月就能将载人飞船运抵火星,运抵土星卫星也仅需三年的时间。

  如今NASA正重审当初那些核火箭的设计,着眼于将它们作为不久之后太空发射系统(Space Launch System)的一部分来使用,并有可能将核火箭用于载人火星旅行。

  核热火箭(NTR)使用核反应堆加热流体(液氢是合适的工质),受热膨胀的气体经喷嘴喷出从而产生推力。核热火箭比化学火箭更轻更省推进剂,在理论上还可以达到更高的速度。但如何造出安全实用的核热火箭是一项工程挑战。

  早在1940年代末,美国空军便在橡树岭进行了核推进的概念验证测试,但随后在弹道洲际导弹中舍弃了该项技术。而NASA于1955年重新设立“罗孚”(Rover)项目,从当初空军放弃的阶段开始继续研究,意图利用此项技术研制用于太空飞行的核热火箭。原子能委员会(AEC)负责设计和拼装反应堆,空间核动力推进办公室(SNPO)负责项目管理。

  “罗孚”项目又被称为“火箭飞行器用核引擎”项目(NERVA)。1968年底,SNPO证实基于KIWI反应堆(NRX/XE)的“NERVA”项目可满足载人火星任务需求。

  “NERVA”项目曾雄心勃勃地计划将“NERVA”火箭作为太空拖船,把有效载荷从低地球轨道运抵更高轨道,并用“NERVA”驱动“土星”—V的上面级。但美国太空计划的预算削减使太空核推进成为现实(比预期早)的可能性破灭。国会失去了载人登火的兴趣,尼克松政府令阿波罗计划戛然而止,“土星”火箭生产线也难逃此运。洛斯阿拉莫斯实验室此后一直低成本地运转“罗孚”项目,直至1972年该项目被完全搁置。
  
  展望未来:
  
  四十年后,人们重燃对核发动机的兴趣:核发动机可用于运载火箭上面级,从更长远来看还可作为深空任务主要的推进系统。NASA马歇尔太空飞行中心(MSFC)开展了一项为期三年的项目——核低温推进级(NCPS),该推进级可用于即将到来的太空发射系统。NCPS源于“NERVA”,但将得益于21世纪新技术,实现更高的反应堆堆芯温度和推重比。
  
  自上次NASA试验NTR之后,地面核试验已被普遍禁止,研究者转而采用马歇尔核热火箭元素环境模拟器(NTREES),该设备利用非核材料对空间反应堆的众多关键要素进行模拟。对第一代核低温推进系统做出的优化,可帮助将重型货物和科学有效载荷送入地球轨道,并可以使宇航员更快地到达火星,从而减少受到有害空间辐射的影响。除此之外,对NTR系统进一步的研发改进,可以为太阳系载人探测提供高推力、高速度的方案。(孙棕檀 李金钊)
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