核動力飛船——打破魔咒，讓我們的太空航行不只限於地月系統

隨著中國的「天問一號」的發射，中國探測火星的大幕正式拉開。其實在我們之前，美歐俄羅斯等過就已經對火星產生了濃厚的興趣。

理想和現實之間的差距

人們經常想像這樣一個未來：人類殖民火星後，以火星為跳板向太陽系中其他的星球發送飛船，當整個太陽系都成為我們的居住地後，我們再向系外行星進發。徵途不止，將人類文明的種子向全宇宙播散。

理想很美好，但回到我們不願面對的現實，目前我們能向太空發送的好像很有限，往近了說是衛星載人飛船或登月火箭，往遠了說只有探測器。為什麼？因為我們不夠快。以目前的技術我們飛到月球需要三天，這沒什麼，可以實現載人任務。但飛到火星卻需要6到8個月，飛到冥王星需要12年，飛的還只是個探測器。

如果換做是人會怎麼樣？目前的太空衣雖然能做到防輻射的效果，但也沒有逃脫技術給它帶來束縛，它非常沉重，況且它能完全抵擋輻射嗎？目前的技術還無法完全抵擋γ射線的穿透。而幾個月甚至是幾年的太空旅行對人的威脅絕不限於輻射，太空中隕石這麼多，我們的檢測系統能檢測到它們並及時規避嗎？我們帶的燃料夠用嗎？問題還很多。

太空旅行的第一步是用火箭將飛船發射進入軌道。一旦飛船到達太空，就要考慮對抗地心引力到達更高的軌道，所以我們需要更高的加速度。那我們如何獲得更高的加速度？這就要看飛船的推進系統是否給力，飛船推力受能量密度影響，如果能利用更小質量的燃料產生更大的推力（這代表著能量密度大），那我們的航行才能獲得持續的加速。

我們用的推進系統是什麼？化學燃料推進系統，偶爾用到太陽能的電推進。那我們的燃料能量密度如何？化學燃料推進方式能達到所需的推力但所需的燃料質量過大，還達不到飛向火星等地的標準。而太陽能雖然能量轉化率高，但產生的推力不夠（我們離太陽還太遠，能用到太陽能不多）。

核動力飛船

所以遠距離的太空航行是不適合用化學燃料推進的，那我們就只能被困在地月這個小圈子中了嗎？並不是，我們還有核動力飛船。原因也很簡單，就是它的能量密度大，核反應堆中使用的是鈾燃料，產生的能量密度比典型的化學火箭推進劑肼要高400萬倍。在太空中輕裝上陣是很重要的，同樣的推力，飛船質量小的一方就能獲得更高的加速度。所以與攜帶成千上萬升的化學燃料相比，將少量核燃料送入太空它不香嗎？

目前我們的科學家和工程師們已經為太空旅行設計出兩套主流的核動力系統。

一種叫做核熱推進，使用的是小型核裂變反應堆，用氫氣作為工質冷卻劑，氫氣流經反應堆後被加熱，高溫氣流再經收縮擴張噴管獲得高速被噴出，為飛船提供推力。經過NASA工程師的對比，發現這種推進系統能讓去往火星飛船的任務時長減半（相比於之前火星探測器的任務時長）。

第二種叫做核電推進，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（利用電能產生電場對離子進行加速從而獲得推力）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。

那為什麼不用呢？因為目前很多技術問題還沒有解決。

再回到現狀

目前人類發射的飛船都是以化學燃料作為推動力的，發射成本高續航力不足，像極了手機行業最初的大哥大。問題是每次為了節省燃料還要利用引力加速，這就加大了飛船的束縛，要在哪個時間經過哪裡，要在哪裡加速哪裡減速都是要經過精密計算的。漏算一處全盤皆輸，輕則飛船返航任務失敗，重則機毀人亡人類幾年再不敢發射飛船。

要說太空飛船的黃金時代那就是上世界從60年代開始的太空競賽時期，當時的人們就有發展核動力飛船的想法。後來出了很多事，有說大國財政赤字玩不動了，有說核動力安全問題的，主要這東西確實是太燒錢還得不到短期的收益。總之，大家的腳步都慢了下來。確實，地上的事情解決的差不多了再去想天上的事才叫穩妥。

不過最近各國似乎對這個項目又有了興趣，川普就在2019年8月發布的總統備忘錄中批准，在保證核動力發射安全的前提下，可以跳過各個機構的審批程序。隨後，NASA在2019年的財政預算中還獲得了1億美元，用於發展核熱推進系統。

希望核動力飛船這條沉睡60多年的巨龍能一飛沖天。