核动力火箭到底有多“香”

喻海川

随着载人航天技术不断进步，未来登上外星球，创建新家园，成为人类宏大的目标。其中，火星作为太阳系中与地球最相似的行星，成为人类移民外星球事业的首选地之一。

然而，建立火星家园面临着重重挑战。比如，航天器采用传统化学能火箭发动机，执行地火往返任务至少需要两年多时间，而在没有大气层削弱辐射的太空中飞行的时间越长，可能遭遇的故障就越多，人员面临伤病乃至生命危险的隐患越大。因此，载人探火任务要求尽量缩短飞行时间，有必要创新航天动力技术。

近日，美国宇航局和美国国防先进研究计划局宣布，将合作研发核动力火箭发动机，争取2027年在轨验证技术。这项技术有望显著缩短航天员往返深空任务用时，将为执行载人火星探索任务奠定基础。

总体上讲，核动力火箭在动力输出功率上，或者在续航力方面，预计比传统的化学能火箭具有无可比拟的优势。在对未来所有火箭动力方案的论证中，核动力火箭优势鲜明，有望缩短航天器飞行时间，减少航天员在失重状态和宇宙辐射下暴露的危险，更有利于保证健康，还有望简化航天器生命保障系统的设计，降低负荷和系统复杂度，从而提升可靠性。

此外，核动力火箭的持续工作能力强，任务适应性更好，便于调整启动状态。如果任务临时中止，它有望在太空中航行一段时间后无需补充燃料而安全返回地球。未来从火星等外星球起飞时，核动力火箭有望简化操作，更可靠地踏上归途。

不过，核动力火箭不能一概而论。根据核能释放方式的不同，核动力火箭可分为放射性同位素衰变型、核裂变型和核聚变型3种。

其中，放射性同位素衰变火箭发动机的工作原理是：将放射性同位素衰变产生的射线辐射转变成热能，加热工质，形成推力。研究认为，它能在持续数月的任务中不断产生微小推力，但不宜充当载人火星探测任务的主动力装置。

核聚变火箭发动机最令相关领域科研人员神往，其工作原理是利用较轻的原子核聚合成较重的原子核，在这种热核反应的过程中释放惊人的能量。可惜的是，核聚变控制难题尚未被攻克，高能激光点火技术仍不够可靠，所以这种发动机仍处于理论研究阶段，多见于科幻作品中。

目前，美国重点研制的核动力火箭基于核裂变工作原理，又称核热火箭，可以简单地理解为核电站“上天”，同样消耗核燃料。启动后，工质气体流经核反应堆吸收热量，再从喷管加速喷出，产生推力。未来，核裂变火箭发动机或许能使产物呈现等离子状态，工质气体被加热后高速喷出，产生更大的推力或比冲。

使用核动力火箭不代表着载人探火任务“高枕无忧”，反而需要解决新问题。比如，随着航天员及其生活用品、工作設备增加，航天器会显著增重，必然对核动力火箭发动机的推力提出更高的要求。同时，核动力固有的安全隐患必须引起高度重视，特别是核辐射对航天员健康的威胁。据悉，新一代核动力火箭方案在核辐射安全方面取得了突破性进展。

畅想不久的将来，核动力火箭有望实用化，移民火星不再是梦想，而是人类航天探索史上的关键飞跃。（据《中国航天报》）