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太空是大國之間的角逐場,而不斷探索又是人類本能。所以遠距離航行的載人航天飛行任務必將到來。但宇宙如此浩瀚,看似一切遙不可及。更為先進的火箭系統便應運而生。

傳統火箭的弊端

如今,最常用的推進系統是化學燃料推進系統以及太陽能電推進系統。化學推進能提供很大推力,但是去任何地方都需要攜帶大量沉重的燃料。舉個例子:將宇航員送上月球的土星5號運載火箭需要攜帶95萬加侖(約36萬升)的燃料。雖然電推進系統推進效率是化學推進的5倍,但是推力卻要小得多,大約只有3牛頓,相當於讓汽車從0加速到97千米/小時需要兩個小時。所以化學推進和電推進都不適合遠距離太空航行。

核動力火箭的巨大優勢

首先就是因為其能量密度大到令人難以置信。核反應堆中使用的是鈾燃料,能量密度比化學火箭推進劑肼(N2H4)要高400萬倍。與攜帶成千上萬升的化學燃料相比,將少量鈾燃料送入太空要容易得多。除了能量密度,核動力系統的推力和質量效率又如何呢?第一枚核熱火箭建於1967年,在下圖中可以看到容納反應堆的保護殼。

核動力系統型別

第一種叫做核熱推進,這種系統推力強大且效率適中。使用的是小型核裂變反應堆,類似於在核潛艇中發現的核裂變反應堆,常採用氫氣作為工質(working substance)兼冷卻劑,工質流經反應堆後被加熱,再經收縮擴張噴管高速噴出,進而提供推力。NASA的工程師估計,相比化學動力驅動,由核熱推進技術驅動的火星飛行任務在時長上要短20%-25%。核熱推進系統的質量效率足以讓汽車在大約四分之一秒的時間內從0加速到97千米/小時的速度。

第二種核動力火箭系統名為核電推進(nuclear electricpropulsion),目前還沒有建成的核電系統,工作原理是利用大功率核裂變反應堆發電,將核能轉換為電能,為霍爾推進器這樣的電推進器提供動力。核電推進將具有非常高的質量效率,大約是核熱推進系統的3倍。由於核反應堆可以產生極高的能量,因此可以同時為多個獨立的電推進器供電以產生很大的推力。核電推進系統不受太陽能的限制、具有很高的質量效率,並且可以提供相對較大的推力,因此是執行遠端任務的最佳選擇。

圖片來源:(John Frassanito&Associates)/維基百科:核動力火箭藝術渲染圖

為什麼目前還沒有核動力火箭呢?

核熱推進系統的研究自1960年代就開始了,但到現在為止仍沒有應用在太空飛行中。1970年代,美國首次實施了一系列法規,基本上要求所有的核太空專案都要經過多個政府機構的逐案審查和批准,並且還要獲得總統的明確批准。除此之外,核火箭系統研究的資金也非常短缺,這種大環境阻礙了用於太空探索核反應堆的進一步發展。

核動力動力系統的轉機

當特朗普政府在2019年8月釋出總統備忘錄(presidential memorandum)之時,核動力火箭專案開始有所轉機。在堅持保證核動力發射儘可能安全的前提下,政府的新指示允許使用少量核材料的核任務跳過多機構的批准程式,例如,只需像NASA這樣的贊助機構證明任務符合安全建議即可;當然,更大型的核任務還是需要走完此前規定的一系列程式。隨著法規又有了這項新的修訂,NASA在2019年的財政預算中獲得了1億美元用於發展核熱推進系統。美國國防部高階研究計劃局也在開發太空核熱推進系統,旨在讓美國國家安全行動能夠觸及地球軌道之外。在停滯了60年之後,核動力火箭或將於十年之內飛向太空。這項激動人心的進展無疑將開啟太空探索的新紀元。

核動力巡航導彈成功試射

普京在國情諮文演講中“炫耀”了名為“雨燕”的核動力巡航導彈,引發外界的高度關注。美國情報資料披露,最近俄成功試射了“雨燕”核動力巡航導彈。

這款導彈只需要在低空飛行,利用TERCOM和DSMAC以及衛星複合制導的方式,提前規劃攻擊路徑,繞開雷達和防空系統的攔截。雖然不具備SLAM那樣3馬赫以上的速度,但是多種複合制導方式反而令這款導彈的突防能力更強。它幾乎無限的射程,顯然可以讓戰場指揮官更加得心應手地設定突防路徑,以出乎對手意料的方式出現在目標點,讓對方的警戒和防禦系統成為二戰時的“馬奇諾防線”。核動力巡航導彈的成功試射或許是核動力火箭研製的敲門磚。未來已來,人類終將成為駕馭核力量的星際物種。

俄軍工車間的雨燕核動力巡航導彈

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