最早於60年代浮出水面的核動力再次炙手可熱。
核火箭可用於將前往火星的時間縮短一半。
在田納西州河以北的阿拉巴馬州亨茨維爾附近,有一個六層高的火箭試驗檯,位於一小塊空地上。在這裡,在美國國家航空航天局(NASA)的馬歇爾太空飛行中心(Marshall Space Flight Center)的一個僻靜角落裡,美國陸軍和美國國家航空航天局(NASA)在開發紅石火箭期間進行了關鍵測試。1958年,這枚火箭成為第一枚引爆核武器的火箭。三年後,它運載了第一個美國人進入太空。
核與空間的糾結歷史再次浮出水面,就在Redstone測試臺的正前方。這次,美國宇航局的工程師們想要創造出看似簡單的東西:一種由核裂變驅動的火箭發動機。
核火箭發動機的效率是當今為火箭提供動力的化學發動機的兩倍。但是,儘管裂變反應堆概念上很簡單,但由於會產生有毒廢物,因此建造和執行存在挑戰性。太空旅行足夠危險,而不必擔心核災難。但是對於未來的人類登月和火星飛行任務,NASA認為這種風險可能是必要的。
美國宇航局核火箭計劃的核心是比爾·埃裡希(Bill Emrich),他從字面上撰寫了有關核推進的書。“您可以對火星進行化學推進,但這確實很難,” Emrich說。“通過核推進,它會走得更好。”
自從90年代初以來,埃姆裡希就一直在研究核推進,但是隨著特朗普政府推動美國宇航局儘快將NASA放在月球上以準備前往火星的旅程,他的工作變得緊迫。儘管您不需要核引擎登上月球,但這將是這項技術的寶貴試驗場,幾乎可以肯定,它將用於執行任何載人火星任務。
讓我們澄清一件事:核引擎不會將火箭提升到軌道。那太冒險了;如果帶有熱核反應堆的火箭在發射臺上炸燬,則可能會導致切爾諾貝利規模的災難。取而代之的是,一枚普通的化學推進火箭將把一枚核動力飛船提升到軌道,然後才能啟動其核反應堆。這些反應堆產生的大量能量可以用來維持動力並將前往火星的時間縮短一半。
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許多太空探索問題要求始終提供高密度動力,而對於這類問題,核動力是首選(即使不是唯一的)選擇。美國國家航空航天局前副局長雷克斯·格維登(Rex Geveden)和發電公司BWX Technologies的執行長在8月告訴國家太空委員會。美國國家航空航天局局長吉姆·布萊登斯汀(Jim Bridenstine)呼應了吉夫登的觀點,他稱核推進是“規則改變者”,並告訴副總統邁克·彭斯(Mike Pence),在太空中使用裂變反應堆是“美國應利用的絕佳機會。”
這不是NASA第一次研發核火箭。在1960年代,政府開發了幾種核反應堆發動機,與傳統的化學火箭發動機相比,它們產生推進力的效率要高得多。美國宇航局(NASA)開始計劃建立永久性月球基地,並在80年代初對火星進行首次載人飛行。但是與許多NASA專案一樣,核火箭發動機很快失寵,負責它們的專案組也關閉了。
也有技術上的障礙。儘管核火箭發動機的概念非常簡單(反應堆將氫氣帶到起泡的溫度,氣體通過噴嘴排出),但設計能夠承受自身熱量的反應堆卻並非如此。地裂變反應堆的工作溫度約為600華氏度。火箭發動機中使用的反應堆必須到4000華氏度以上。
在過去的十年中,Emrich和一組工程師一直在模擬馬歇爾太空飛行中心的核火箭發動機內部的極端條件。他們沒有引發裂變反應,而是使用大量電力(足以滿足數百個普通家庭的電力需求)來將燃料電池加熱數千度。可以把它想象成一個大微波爐。
NASA的核火箭模擬器NTREES正在測試可承受極端高溫的材料
該專案被稱為NTREES,用於核熱火箭元素環境模擬器,該專案一直是NASA悄悄迴歸核動力的支柱。Emrich和他的團隊使用模擬器的超大腔室來研究材料如何對極端熱量作出反應,而不會像60年代NASA那樣造成全核發動機的成本或危險。NTREES上線幾年後,NASA將其摺疊成一個更大的程式,研究如何將核引擎與該機構的下一代重型運載火箭“空間發射系統”整合。
早期的計劃為核火箭發動機奠定了基礎。NASA的下一步是開發將引擎從理論帶入現實所需的硬體。2017年,美國宇航局授予BWX Technologies一份為期三年,價值1900萬美元的合同,以開發核發動機所需的燃料和反應堆元件。次年,國會在NASA的預算中預留了1億美元用於發展核推進技術。今年,當國會又增加了1.25億美元用於核推進時,它們又得到了進一步的推動。
但是在核火箭發動機首次飛行之前,美國宇航局需要徹底審查其發射核材料的規定。8月,白宮釋出了一份備忘錄,責成NASA制定執行太空核反應堆的安全協議。一旦它們被美國國家航空航天局(NASA)採納,就將定為2024年最早的核動力飛行設定階段。這與特朗普將美國宇航員送回月球的截止日期相吻合。也許這一次,他們將乘坐核火箭。