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| 采用核热推进航天器概念图。资料图片 |
在电影《星际探索》中，人类打算在海王星建设基地，以支持寻找太阳系外宇宙生命踪迹的活动。然而，海王星距离地球约45亿千米。如此遥远的距离，无论是对航天员，还是对航天器，都是一项艰巨的考验。从电影回归现实，时至今日，人类登陆月球都如此艰难，更别说载人登陆比月球更遥远的火星，甚至海王星了。
要实现星球间如此远距离的航行，必须“轻”装“疾”进：一是要尽可能快，二是携带的燃料要尽量少。使用化学火箭携带成千上万吨燃料来实现这种“跋涉”显然是不现实的。因此，只能借助于体积更小、动力更强、寿命更长、环境适应性更强的推进方式——空间核推进。
空间核推进，主要分为核热推进和核电推进两种。
核热推进，是利用核反应产生的热能把推进剂加热到一定的温度后，让高温高压的推进剂从喷管高速喷出，进而产生推力的装置。核热推进具有推力大、比冲高、可多次启动等特点。与化学推进相比，核热推进可采用氢、甲烷等原子量小的气体作为推进剂，如此既可以获得较高的出口速度，又不必担心氧化剂燃烧剂意外相遇引发燃烧的问题。公开资料表明，采用氢气作为推进剂的核热推进，比冲可达1000秒（化学火箭的比冲一般小于500秒），速度增量超过22千米每秒，高于第三宇宙速度。早在20世纪50年代，美国就开始研发以大型洲际弹道导弹为推进对象的核火箭发动机。然而由于种种原因，计划被迫终止。不过，据外媒报道，目前，NASA正开展一项名为“功率调整演示火星引擎”的核热推进系统的研究，希望在本世纪30年代执行可能的火星货运任务时进行飞行测试。
核电推进，是利用核电源产生的电能将推进工质（如氙）电离成等离子体状态，随后在电场或磁场的作用下，等离子体被加速并从喷管喷出，进而产生推力的装置。核电推进将核能的高能量密度与电推进的高比冲（可达10000秒）相结合，被认为是未来执行深空探测任务的优选方案。苏联于20世纪60年代开始研发核电推进，其中最成功的是霍尔发动机。该发动机系苏联首创，于20世纪70年代末期成为一种定型的核电火箭发动机。
除通过核裂变反应产生能量外，英国一家企业正在研发基于聚变反应的、功率为兆瓦级的发动机。据介绍，使用这种发动机“能将前往火星的旅程缩短一半——大约3个月而不是6个月——并允许在太阳系外执行任务”。
“繁星是宇宙的眼泪，闪烁着希望与梦想的光芒，等着我们去探索。”空间核推进技术的发展，或将助力人类实现这一梦想。
或许在未来某一天，人类真的可以实现《星际穿越》中“脑洞大开”的情节：飞离地球，飞出太阳系，离开灿烂的星河，去窥见未知星球的雄伟与神秘。
（作者单位：武昌理工学院）
http://www.81.cn/szb_223187/szbxq/index.html?paperName=jfjb&paperDate=2023-12-01&paperNumber=11&articleid=920575
