長征五號成功發射之後，關心中國航天的朋友們一片歡騰，因為大家都知道，到2030年之前，中國有載人空間站的建設，月球取樣返回以及火星探測都要仰仗它！但在欣喜之餘吃瓜群眾們肯定有一個問題，核反應堆能量那麼大，可以用在火箭上嗎？聽說尼米茲可以十年不換燃料，如果用在火箭上，那不是太陽系都飛出去了嗎？

關於核動力火箭的黑歷史

其實核動力火箭並不是一種新玩具，而是在核能利用如火如荼的上世紀五六十年代早已被蘇聯和美國玩爛了，根據美蘇當時的研究成果，雙方都認為這種火箭十分適合太空飛行，但後來卻不約而同的下馬了，原因有些複雜！

二戰剛結束，核動力發動機就提上了日程，最早核動力發動機的裝機需求是飛機，因為核動力超級能量密度，使得它一次裝載燃料，可以繞地球數圈不用降落，這對於任何一個國家來說都是一種強大的誘惑，所以當時技術力量的最強的美國和蘇聯都上馬了核動力發動機專案！

1946年5月美國空軍主持下的核動力發動機研製專案開始啟動，蘇聯早期也已進行了技術論證，但一直就停留在圖紙上上，當得到美國進展順利時，同樣也加入了這個競爭！當時用在飛機上的發動機打算利用核裂變加熱流經發動機的空氣，

直接加熱空氣：存在比較大的放射性汙染但效率比較高

間接加熱控制：不存在放射性汙染，但效率稍低，結構複雜

將大氣吸入發動機膨脹後高速噴出來取得前進的動力，有點類似於衝壓發動機，但這種模式在大氣層中使用並沒有什麼問題，但在宇宙空間使用時卻遇到了問題，因為真空中並無大氣，所以這種向後噴出的介質必須要火箭自身攜帶！

哪種介質最合適？

以地球的條件來說，水無疑是最豐富的，因為它密度很高，非常適合用來作為介質，但水在宇宙中並不容易取得，因此作為宇航級別的火箭，氫成了最好的選擇，因為它導熱性好、太空中易取得、速度轉換效率高等優點，而水則成了第二選擇，因為水在太陽系內還是比較容易獲得的，比如小行星和衛星上就存在大量的水！

用什麼燃料？

當然是比較容易獲得的U235了，而且有製造原子彈時的濃縮經驗，將U235處於高濃度下裂變（90%），尼米茲航母的核燃料也是這個級別，它可以達到13年更換一次核燃料的水平！可以以及使用安全的減速劑，早期用的反應堆是石墨，但這在太空中顯然不合適，因為石墨高溫下會和氫反應生成乙炔和甲烷，一來容易積聚氣體爆炸，而來還容易形成積碳，因此在核火箭反應堆中用的是氧化鋯！

火箭發動機用什麼迴圈？

正常情況下用什麼迴圈問題並不大，畢竟核火箭有的是熱量，因此迴圈選擇一旦不合適可能會導致堆芯融毀的嚴重事故，因此美華人在驗證了開始迴圈後發現存在嚴重的問題，比如介質流量不夠時，如果吸收中子的控制棒沒有及時降低功率，那麼堆芯就可能出現融毀的風險，後期正式測試時選用了筆試迴圈。

右為閉式迴圈

核動力火箭的命運如何呢？

大家都知道核火箭沒有流行起來，因為美國的核火箭專案在1972年已經徹底終止，原因很簡單，無法控制它的安全係數，因為經過核反應堆加熱的介質具有放射性，而且它可能在透過大氣層時發生爆炸和墜毀，將會長期大面積的汙染環境！

1962年9月1日在內華達州沙漠中測試了第二代KIWI-B系列反應堆，在將反應堆提升功率到90%後不到一分鐘，超壓將發動機結構破壞，二氧化鈾和裂變產生的放射性同位素透過噴管直接排入了大氣！

1962年11月30日測試時，功率達到25%時候反應堆堆芯損壞，檢查後發現堆芯被震動所破壞，部分已經斷裂！

“KIWI-TNT”破壞性試驗

為避免後續使用中出現難以預估的風險，1965年1月12日進行了“KIWI-TNT”破壞性試驗，即人為將反應堆置於超臨界狀態，比如控制棒卡住無法吸收中子時將會有多少時間來處理事故？答案是156毫秒，相信即使是計算機都來不及反應，所以這種核火箭存在的風險實在難於預估。

儘管最後NASA認為核動力火箭非常適合太空飛行，但核火箭專案還是在1972年被終止！而1972年核火箭方案終結前洛斯阿拉莫斯實驗室的研究已經表明，採用全流量閉式膨脹迴圈的NTR，推力72kN，液氫流量在 8.5 kg/s時比衝達到 874.8s！我們來看看常用火箭發動機的比衝：

常規火箭的比衝

除了離子電推進發動機以外，核火箭秒殺一切燃料火箭！

還有那些不靠譜的核動力方案？

除了核裂變火箭以外，還有利用衰變能的火箭，這個功率無法調節，比衝比較低，而且無法關閉，因為衰變一直都在發生，即使不產生推力時也需要散熱！這個其實並不太適合！但除了這種溫柔的發動機以外還有幾種大跌眼鏡的發動機：

核爆的核脈衝推進發動機

這個原理很簡單，即利用核爆產生的衝擊波產生推力，這有幾個問題，其一就是大氣層中有大氣作為核爆的衝擊波，但太空中則沒有，因此需要核彈周圍包裹物質作為傳遞動力的介質，監管這效率比較低，但仍然可以接受！

其二則是這個衝擊是脈衝式的，將會導致巨大的衝擊，即使是裝置都難以承受，人類可以嗎？答案是沒有問題，因為設定相應的衝擊吸收裝置後完全沒有問題！

研究人員利用常規炸藥測試獲得成功

儘管測試表明可以獲得推力，但這中暴力方式仍然沒有人敢於操作，在大氣層內丟核彈無疑自尋死路，因此後期的計劃是將飛船先用普通火箭發射出大氣層再在宇宙空間中啟動這種模式！

傳說中的丟核彈飛船：獵戶座的發射過程

以小當量的核彈為推進動力的效率儘管極低，但因為核彈本身能量極高，因此小當量的核彈推進速度依然讓人羨慕不已，但這個瘋狂的計劃在1963年走到了盡頭，因為《禁止在大氣層和外層空間進行核試驗條約》於當年生效，這個計劃壽終正寢！

核聚變推進型火箭

核聚變推進方式有兩種，一種是聚變直噴，比如《三體》中的無工質聚變堆推進（其實是有工質的），另一種則是光子火箭，後者推進效率太低幾乎就無人考慮！

聚變直噴

將聚變成生的大量氦核（帶正電），質子（正電）以及電子（帶負電）透過磁場引導的方式高速排出，這個速度比常規的電推進噴氣速度要高得多，因此它的推重比非常高！比如理應氦三和氦三的聚變反應，沒有討厭的中子問題，因此使用磁場可以控制所有產生的帶電粒子，效率很高！

歷史上最著名的聚變直噴計劃就是“代達羅斯”計劃，它使用氦三和氘聚變，產生的中子非常少，易於控制，使用氘和氦三的燃料小球在慣性約束條件下使用電子束轟擊下聚變，產生的帶電粒子在電場控制下以每秒超過1萬千米的速度排出尾噴口，最終將飛船加速度到光速的1%！

這是一個極其宏偉的計劃，因為代達羅斯飛船的總質量高達5.5萬噸，大約是現代最大的航母一半質量，這艘龐大的飛船絕大部分都是燃料，而它最終只能在近地軌道上組裝，但我們可以想象的是，國際空間站僅僅只有400噸就花了十幾年，不知道這艘5.5萬噸的飛船需要多久時間才能完成。

巴納德衝壓發動機

除了代達羅斯飛船自帶燃料外，還有一種巴納德衝壓發動機模式的聚變推進模式，這種模式下飛船不攜帶燃料，而是採用一個數千米直徑甚至更大的磁場收集星際空間中的氫原子作為聚變推進的燃料，有些類似大氣層中的衝壓發動機，因此巴納德衝壓發動機以此得名！

核動力飛機有。

核動力火箭是有提出概念，但是一直沒有實驗。

而且在五六十年代，進行了30多次試飛。是由蘇聯對圖95改進，將核反應堆裝在彈倉裡，周圍用鉛和塑膠隔層遮蔽核輻射，後來蘇聯進行了進一步

實驗，即圖199飛機，計劃於1965年首飛，但是後來遇到了技術相關問題，改專案終止。

那麼美蘇當時遇到的問題是什麼呢？為什麼現在沒有人在做核動力飛機？

個人從幾個方面分析一下：

1，首先最大的是安全問題，大家每天都能看到各種飛機的安全事故，如果核動力飛機一旦發生墜毀，導致核洩漏，除了飛機上的人員外，會對地面造成不可預估的核汙染事故。無論多麼安全的飛機，都不能保證永不墜毀。

2，基於安全的技術問題，大家都知道，即使目前地面的核設施也會遇到各種事故造成核洩漏，別說在飛機那麼小的空間內，輻射、降溫等等一些列技術問題。可能很難在機艙那麼小的環境下完成這些技術問題。

3，航空百年的發展，為人類做出了重大貢獻，目前的飛機技術已經達到非常高的水平，無論在經濟性、安全性都穩定了。所以不會有公司在貿然去做核動力飛機，除非核動力更好的技術解決方案，隨清潔能源的發展，未來更趨向於新能源航空技術。

火箭也是相同的道理。

人類曾經發明過實驗性核動力飛機，但是沒有發明商用核動力飛機和軍用核動力飛機，沒有發明核動力火箭。

基本原因是核動力飛機，火箭有核洩漏的可能性。

歷史上有過核能航天的研究，最終都失敗了，為什麼？我給大家分析以下幾點！

一：核能不能直接作為動能輸出

我們知道核彈的威力，也瞭解核輻射的危害。而核動力不能夠像燃油一樣直接連通外界輸出動力，核反應堆必須完全和外界隔離。核動力的輸出只能靠反應堆產生熱能。推動蒸汽輪機進行發電或者蒸汽輪機帶動葉片輸出動力！所以核動力的轉換依然是最古老的模式，蒸汽機！

想像下一個飛機裝著一箱子水在天上靠著蒸汽噴射能飛麼？而且飛機裝的水肯定遠遠不夠用的。而火箭需要擺脫地心引力更加不可能用蒸汽驅動。

核電站的大煙囪冒出的白煙，其實是水蒸氣！

二：核能轉換必須有一個穩定的環境

核能控制不好能夠毀滅地球，控制好了能穩定發電！這裡面就涉及到一個非常謹慎的事情，控制核裂變。核電站透過特殊的調節棒來穩定核反應產生的熱能。那麼核潛艇和航母都是在水中航行，不用說大家也知道這兩個傢伙速度不會很快，也不會有太多振動。大部分時間走直線！這正是一個非常穩定的環境。飛機、火箭執行中避免不了顛簸和劇烈震動。這很容易導致反應堆失控！

三：核能是非常危險的

即便未來技術發達核能能夠用於航天，我相信全球人民都不希望滿天飛著核反應堆。萬一發生了什麼問題，是一個災難性的後果！在人類還沒有辦法完全掌控核能，避免核輻射之前。核能只能在極其嚴格的約束條件下發揮一些作用！

地面和水下的核動力，可以使用密實厚重的箱體包裹起來，以測安全，飛機和火箭則不然，一旦造成核洩露，就會造成難以彌補的災難，只能把自己變得更危險，豈止是危險，而是人類共同的災難。

在美蘇二國，想法不是沒有過，計劃也曾付諸實施，相關實驗也展開過，甚至實驗一度被證明是成功的，但要保證安全無虞，需要投入重金來進行技術突破，比如核動力火箭，丰度太低，燃料不穩定，太高則意味著輻射量太大，以致無法掌握和解決。再有就是高溫意味著高壓，殼體技術承受不起。動力轉換過程不須解釋，在理論上並不複雜，但在工程應用上還無法實現。

以如今人類對第四代核動力技術的掌控，仍覺得不是太滿意，用於航天器，還是略嫌操切了一點，何況當年呢？不具備實現的現實條件。掌控核動力技術，帶來更清潔和無限能源，都在持續努力，致於何時真正變為完全可控，要彙集人類之智，祈盼那一天能早日到來，屆時核動力飛機和核火箭，為人類和平服務，才不再只是夢想。

目前，人類已經研製了核潛艇、核動力航母等大型核裝備，那麼為什麼沒有核動力飛機和火箭呢？其實一些國家已經嘗試過研究核動力飛機、核動力火箭，有些還取得了很大進展。早在1940年代，人們就開始設想利用核能研究核動力飛機。在上世紀五六十年代，美國和蘇聯都開展了核動力飛機的研究，並且推出了測試飛機，進行了一系列試驗。在1960年代，美國開始研究太空核動力技術，包括核動力火箭，進行了很多種嘗試。一直到現在，關於核動力飛機和核動力火箭的研究仍在繼續。

美國核動力飛機的研究過程

美國是世界上第一個研製出核武器並用於實戰的國家，很早就想將核動力用於其他武器平臺。1946年美國成立NEPA專案組，提出了研製核動力飛機的計劃。經過數年研究，1951年進入到實際實施階段，選擇了B-36轟炸機作為核動力飛機的測試原型機。1952年，提出了X-6工程試驗機，內部編號NB-36H，試圖在B-36轟炸機的機身上加裝了一臺小型核反應堆，為4臺J-47發動機提供動力。

1955年，一架B-36原型機安裝了一臺功率1000千瓦的P-1型反應堆，在當年9月17日成功進行了首飛。在此之後，這架測試機又進行了多次試飛，但是始終沒有辦法解決核反應堆產生的輻射，於是在1956年進行了最後一次飛行後，就再也沒有起飛過。

在研究X-6核動力試驗機的同時，美國諾斯羅普公司也開始研製核動力飛機，希望在XB-70超音速戰略轟炸機上加裝一個小型核反應堆，驅動6臺J-93發動機。進行了多次測試後，安全問題同樣無法解決。到了1960年代，XB-70超音速轟炸機下馬，諾斯羅普的核動力飛機也中斷了研究。

在1957年底，美國海軍還提出過將一架“公主飛舟”號飛機改裝為核動力飛機，希望透過為其加裝一臺直接迴圈式反應堆，為飛機的發動機提供動力，不過最終並沒有付諸實施。

新世紀之後，美國再次提出研製核動力飛機的計劃。美國空軍資助諾斯洛普·格魯曼公司進行“全球鷹”無人機的核動力版本的可行性研究，據稱可以將無人機的飛行時間從幾個小時延長到幾個月。

蘇聯的核動力飛機

在上世紀五十年代，蘇聯也提出了研究核動力飛機的計劃。1955年8月，蘇聯通過了研製一種以小型核反應堆為動力的軍用飛機的決議，其中圖波列夫設計局的內部編號為156號，米亞謝夫設計局的內部編號為23號。

1955年美國X-6核動力原型機首飛後，蘇聯加快了進度，在1956年3月決定在圖-95戰略轟炸機的基礎上，透過加裝核反應堆來研究核動力飛機。圖波列夫設計局很快提出了核動力飛機方案，同時尋找合適的小型核反應堆。1959年，蘇聯165原子能研究所研製的一款小型核反應堆進行了地面測試。到了1961年，一架安裝了小型反應堆的圖-95M轟炸機成功首飛，被命名為“119”工程，這架轟炸機也被稱為圖-119“燕子”。

蘇聯的核動力飛機同樣遇到了核輻射的難題，儘管在飛機的機身下懸掛了一個巨大水箱，以解決核反應堆的散熱問題，但是也大大提高了飛機的重量。蘇聯工程師在飛機上安裝了多個輻射感測器，但是仍沒有徹底解決安全問題。圖-119“燕子”核動力飛機總計進行了60多次的飛行試驗，到了1969年專案宣告終結，蘇聯的核動力飛機研究也失敗了。

美國的核動力火箭計劃

美國從上世紀五十年代開始研究太空核動力，提出了“漫遊者”計劃。之後沒幾年，美國航空航天局啟動了核動力火箭發動機計劃，旨在研究一種可用於太空飛行的核動力飛船發動機。在之後的十幾年裡，美國提出了多種核動力火箭設計，包括“幾維”計劃、“太陽神”計劃和“山鷸”計劃。

“幾維”方案在1959年進行了首次測試，它是由一系列無塗層氧化鈾盤組成，能夠產生70兆瓦電量。“太陽神”計劃的首次測試在1959年進行，總共持續了10分鐘，產生了1064兆瓦的電量。在1967年的測試中，“太陽神”方案持續了30分鐘，產生了1500兆電量。“山鷸”計劃是在“幾維”計劃基礎上研究的500兆瓦核動力裝置，“核火箭實驗”是“幾維”計劃的另外一個衍生方案，後來發展為NERVA NRX/XE。1968年，XE方案進行了28次測試，每次都能產生超過1100兆瓦的電量，取得了很大成功。但是在1970年代，這些計劃全部被取消了。

進入1990年代，美國SDI承包商又重新提出了核動力火箭方案，其中包括能把60多噸的有效載荷送入近地軌道的“大力神”4的改型、可最大程度利用現有部件的“宇宙神-半人馬座”改型以及使用8臺推力為1112千牛的核動力火箭發動機的單級入軌火箭等方案。2003年1月，美國又開啟了“普羅米修斯”計劃，在此基礎上提出了“寄木”計劃，為木星探測器提供主推進系統和電源系統。

除了美國，俄羅斯近年來也開始研製可用於太空探索的核動力火箭。從以上研究歷程可以看出，無論是核動力飛機還是核動力火箭，它們的技術難度都比較大，特別是安全問題，距離真正投入使用仍有很長的路要走。