文|123军情观察室
自从美国总统特朗普提出要在2024年重返月球，并要最终把美国宇航员送上火星之后，如何尽快完成这项任务就成了NASA的当务之急，为了尽快解决火星探索的一些列问题，尤其是动力系统，近日NASA已授权美国家物理学家埃默里奇及其团队加速研制一款全新的核动力发动机。
图为核热发动机的低地球轨道飞船想象图
NASA此次又是旧事重提，其实早在上个世纪美国和苏联都不约而同提出了核热火箭的畅想，只是随着近年来火星探测事业的发展，这款重量级装备再次被美国提上前台，因为它被认为是能够有效解决深空探索动力问题。美国科学家认为，核动力火箭发动机的效率是传统火箭化学助推器的2倍以上，它将使美国火星探索更有保障，未来这台发动机将被安装在火星飞船上，飞船初始阶段仍然依靠传统化学动力进入太空轨道，但完成火箭分离之后，就会启动这台反应堆飞往火星。
单比性能，核动力发动机优势很大：目前比冲最大的火箭发动机比冲也不超过500秒，但核动力发动机的比冲则成百上千，传统火箭往往重达数百吨，储存运输发射准备等都要耗费巨大资金，执行火星任务则更是需要3年才能往返，但核动力火箭一方面只需要几十千克或者几百千克的核反应物就能飞的很远，理论减重可以达到6成，另一方面它的运行速度是化学火箭的3倍以上，从太空飞入火星轨道往返只需要其他飞船的一半时间。
不过反对的声音也不小，美国不少科学家和民众都对可能发生的核泄漏问题深感担忧。反对者表示任何携带核物质的火箭和飞船都需要大笔研究费用，其发射和进入太空也都是不安全的，一旦火箭发射失败或者飞船在任何一个星球坠毁，都将造成核灾难，更何况这款发动机本身还在喷射核辐射气体，简直是又贵又危险。但NASA不认可这个说法，他们认为美国现有的技术其实已经足够先进，坠毁完全不会发生，至于核气体，理论上也在控制范围内。
图为美国NERAV核热发动机
NASA之所以这么自信，跟美国在核热火箭研究上有着深厚的基础不无关系。美国的核热火箭研究起始于1953年，此前已经先后只制造了KIWI，Phoebus，Peewee-1，NERAV和 Nuclear Furnace-1等发动机用的核心反应堆。其中Pheobus系列最早设想用于未来的载人火星任务。2004年，在评估了化学动力，太阳能推进，激光，核电，核热等一系列先进概念推进器之后，美国首先肯定了核热火箭发动机的重要地位。在随后颁布的《空间技术路线图与优先任务》中，美国直接将其列为载人火星任务的首选。不过目前为止，对于核电推进是否适用，以及核热推进到底采用核聚变还是核裂变的方式，美国似乎还在探讨中。
因为另一个航天大户俄罗斯一直主张双模式，即核电+核热。说到核电推进，其本质就是给飞船装了一台小型的核电站，将核能转换成了电能之后，再提供给使用电力的离子推力器或者霍尔推进器。
图为离子推力器
核热推进则和传统火箭相似之处：传统的火箭依靠化学反应产生热气体，热气体从管道排出从而给火箭带来反向推动力，核动力火箭发动机则是利用核裂变/核聚变产生热量加热气体，随后气体排出提供动力。但是核裂变和核聚变目前都是可能的方案，两者之间的性能对比也正在进行。
美国在核裂变发动机的研究底子厚，但是在核聚变发动机的研究上则比较晚：直到2011年，空间推进研究公司才和美国华盛顿大学展开联合研究，目前还没有成熟的产品诞生，华盛顿大学使用电脑模拟的方式对核聚变发动机动力的飞船进行一个比较严谨的火星探索模拟，结果认为其能够把航天员成功的送入火星并带回地球。但在核电推进上美国不是很热心，认为其不具备核热那样的重要地位。
图为火星探测器发射想象图
但俄罗斯人似乎更看重两者二合一的组合。俄罗斯人的思路是设计同一个反应堆，但是可以允许发动机切换工作模式，它既可以发电，也可以进行推进。这样做的目的是多了一种动力选择，即当需要大推力时，采用核热推进，当需要小动力时，则进行电推进。俄罗斯人还认为电力本身对于维持飞船内的和各种设备运转至关重要。但客观而言，这样的设计无疑会增加复杂度，越复杂则越容易出问题。
在中国目前探月成功的同时，未来我国火星探测的征程也即将开始。中国首先会使用探测器探测整个火星星球，随后降落火星车，最终也要实现载人登陆火星甚至在火星建立研究基地。因此不少人认为，未来中国也会发展核热发动机，因为它已经成为了深空探索装备发展的一个重要趋势。有观点认为，双模式的核动力发动机可能是中国的首要选择，不过这样的发动机如何设计，性能指标如何，还是有待进一步研究的。
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