“NASA正在开发核动力火箭”

Starship到达火星需要6个月

Starship是有史以来最强大的火箭，其超重型助推器和飞船部分一共拥有 39 台猛禽发动机。而猛禽发动机以其卓越的燃油效率和高推重比而脱颖而出。尽管如此，依靠Starship要到达2.25亿公里外的火星，需要6个月到一年的时间。如此长时间的任务带来了许多挑战，包括长时间暴露在宇宙辐射和微重力下，这两者都会对宇航员的健康产生严重影响。

核热推进系统的比冲是化学火箭的两倍

认识到这些挑战，NASA正在积极开发可以彻底改变太空旅行的先进推进系统，核热推进系统。该系统能利用核裂变反应的巨大能量。与核电站使用的LWR不同，它使用一种铀235浓度更高的特殊燃料，而且还在更高的温度下运行，使其更加紧凑和强大。这些系统的功率密度大约是传统LWR反应堆的10倍。核热推进的最显著优势之一是它能够以极高的速度喷射推进剂，从而产生巨大的推力。这种高推力使火箭能够更快地加速从而减少飞行时间。核热推进系统的比冲几乎是化学火箭的两倍，这意味着它可以将到达火星等目的地的时间缩短近一半。

早期的核热推进器使用浓缩铀做燃料

美国政府曾在1955年至1973年间投资过核热推进技术，NASA、通用电气和阿贡国家实验室开发并地面测试了20台核热推进发动机。这些早期设计依赖于高浓缩铀，但由于核扩散的风险，这种铀已不再允许使用。

现代核热火箭使用HALEU燃料

为了减轻这些风险，美国能源部和国家核安全局发起了全球威胁削减倡议。该计划旨在用高纯度低浓缩铀HALEU燃料取代研究反应堆中的HEU燃料。与HEU不同，HALEU含有较少的裂变材料，因此不适合用于武器化。然而，在太空推进中使用HALEU也有其自身的挑战，因为核热火箭需要更大量的燃料才能实现相同的能量输出。这些额外的燃料增加了总质量，因此需要开发先进材料来优化效率。

Lockheed Martin & BWX负责Draco的反应堆和燃料设计

NASA和DARPA的敏捷地月操作演示火箭Draco，计划将率先在核热推进发动机中使用 HALEU。该计划旨在于2027年启动首次试验任务。洛克希德马丁公司已与BWX 技术公司合作开发反应堆设计和燃料。Draco核热推进系统必须满足严格的性能和安全要求。它需要在整个任务期间保持反应堆的完整性，同时执行高速前往火星及更远地方的必要机动。

爱达荷国家实验室与NASA合作进行燃料设计

除了Draco之外，爱达荷国家实验室的科学家们还在与NASA合作，共同研发先进的核能推进技术，以测试和改进核热火箭所需的材料。在INL 瞬态反应堆测试设施，研究人员进行了实验以验证计算模型并评估新的传感器和燃料设计。主要目标之一是确定能够承受核推进反应堆内极端条件的最佳铀基材料和合成结构。

使用氢或氨做推进剂

核热推进系统的效率很大程度上取决于其对推进剂的选择。最有效的选择是氢，因为它提供了最大的比冲和最大的Delta V。然而，氢的低密度带来了后勤挑战，因为它需要大型储罐。为了解决这个问题，有方案考虑使用氨等替代推进剂。虽然氨与氢相比具有较低的比冲，但它更密度更大且更容易储存，是一些任务的可行选择。

脉冲等离子火箭PPR

核推进领域最有前途的进步之一是脉冲等离子火箭PPR。与传统的化学或核热火箭不同，PPR 利用受控核爆炸产生推力，同时保持比以前的核推进系统更简单、更轻、更具成本效益的设计。PPR的核心是通过产生脉冲等离子爆发来运作，这些等离子爆发通过电磁喷嘴喷出以产生推力。为了产生这些等离子爆发，该系统包含一个核反应堆，类似于用于核热推进火箭的反应堆。然而，这个系统不是加热核心，而是专门设计用于过热铀丸，将它们转换成等离子体以用于推进。支持PPR系统的辅助组件包括线圈枪、推力器和磁喷嘴，它们共同作用以加速和有效引导等离子体。推进循环设计得非常精确和快速，能够以1赫兹的频率完成一个完整的循环，这意味着它每秒可以发射一次，这要求铀丸几乎立即被加热成等离子体。

HOWE牵头开发PPR技术

PPR技术最激动人心的发展之一是由HOWE Industries牵头的，这家美国研究公司目前正致力于研发一种能够产生高达100000牛顿推力和5000秒比冲的发动机系统，这一性能远远超过传统化学火箭，甚至超过了现有的核推进概念，使PPR成为前往火星等目的地的深空任务的有力竞争者。NASA对这一突破性的推进系统非常感兴趣，并通过其创新先进概念计划资助 PPR 研究。第一阶段的研究旨在评估该系统的中子学、航天器设计、电力系统要求、子系统、磁喷嘴能力和潜在的任务轨迹。这一初始阶段的结果将决定扩大该技术以供未来应用的可行性。如果第二阶段成功，将标志着火星探索的一个转折点，使美国宇航局更接近开发出可操作的 PPR 动力火箭。这一阶段将专注于增强发动机设计、进行真实世界试验和改进航天器结构，以确保人类安全前往火星。