核動力推進火箭或成為未來火箭演化的「下一站」

2020-12-08 騰訊網

自打萊特兄弟的人類首款飛機上空後，人類對飛行器追逐的目標一直以快，久，準著稱。在這種情況下，「快」成為人類對火箭的終極追求之一，如科幻小說中出現的曲率驅動飛船，它是一種飛行條件，要求太空飛行器必須達到光速，或甚至超過光速的幾倍的特殊狀態，這對太空飛行器有著不可替代的顯著影響。不管是電推，化學還是核動力，都是科學家們正在嘗試的途徑，而核動力推動火箭能帶來的優勢也是毋庸置疑的。

然而過去的四十年的航天發展裡，美國也僅有8次發射活動是與核相關，也從側面證明了核在未來的火箭發射動力領域有著不可估量的潛力和意義，也說明了核動力因素在過去NASA對飛船燃料探索過程中對核燃料的不重視。然而這種情況卻在去年得到了明顯的改善，美國規範了核航天飛行的相關法規旨在鼓勵增加核動力燃料作為火箭主驅動力的比重。而由於當前火箭的運載結構並沒有搭配先進完善的主核燃料推進系統，所以各航天大國也是重新開啟了下一代新型火箭的研發工作。

大家還記得中學物理學過的三個基本宇宙速度嗎，而其中為了達到第一宇宙速度的7.9km/h的標準全世界都花費了比達到第二和第三宇宙速度長上無數倍的時間。因為要擺脫萬有引力的束縛，達到與地球同步運行的地面逃逸速度在當時絕非輕而易舉。而實現太空探索的第一步也正是要讓飛船實現入軌活動這一目標，將飛行器用運載火箭送上軌道，而現在常規的火箭推動力燃料當中，裝載化學燃料的發動機更是成了運載入軌的主要動力來源。

圖 科幻世界中的曲率驅動飛船

一旦實現了入軌，分離出的飛行器為了能在茫茫太空中更好地擺脫引力束縛前往目的地，飛船就需要獲得一個額外的加速度，若是要前往比月球甚至火星更遠的地方，就必須要獲得一個較大的加速度產生動能以擺脫引力的影響，而這時以核動力作為飛船推進的高推動力就能派上用場了。

而這無疑會給長距離的飛船航行帶來兩個好處：安全性和時間性。

時間性：隨著各大航空機構的進一步深入太空領域，在執行無人飛行任務時能儘快地獲得數據變得尤為重要。而當年旅行者2號飛行了整整12年的時間才飛過海王星區域，拍下了極其重要珍貴的照片，而其實如果當時採用了具有更高推動能力的核推進火箭，而且當時的技術條件也允許美國能做出那樣的選擇，說不定到達海王星的時間要比當時快得多。

那麼問題來了，為什麼核動力系統擁有比另外兩種驅動系統更強的驅動效果呢。

圖 電影史中首次對核動力火箭外觀構想的展示

主要從三個方面分析，包括推力，質量效率和能量密度。現在大多數火箭用的都是化學燃料推進系統和太陽能電推進系統，而化學燃料推進系統的推力一般很大，但其質量效率一般都不會很高，所以即便是抵達離地球很近的地方，都需要消耗大量質量的燃料，有著很大的局限性。

而太陽能電力推進系統，雖然質量效率要比前者明顯高得多，但其由於主要依靠電來產生推力，產生的力就比化學燃料產生的要小得多了。而且由於是依靠太陽發電，離太陽越遠，產生的電能也就小得多，同樣具有不小的局限性。

圖 萊特兄弟首飛成功

我們都知道核裂變和核聚變產生的能量密度令人咋舌，而這也是核動力火箭會擁有較大前景的主要原因，核反應堆一般以鈾作為其主要燃料，產生的能量密度是化學推進劑肼的400萬倍，所以我們僅需要少量的鈾燃料就能替代不計其數的肼燃料，帶來的便攜性可想而知。

那為何核燃料火箭沒在目前大量應用呢，主要還是如各位所猜測的那樣，是受到了技術方面的種種限制，之前美國核推進技術沒能得到大力發展的原因主要還是資金問題，因為涉及到大量利用核的太空項目，需要經過各級的審查和批准甚至總統的明確批覆才可以使用，這也導致了這個項目的發展一直被擱置下來。而現在NASA又有條件去開展熱核推進項目了。所以或許在不遠的將來（十年左右），大功率的核火箭就能正式投入使用，無疑更快捷方便地加速了人類對火星以外的太陽系內外探索與發現進程的實現，任何一個微小的變化，都將改寫整個宇宙探索的歷史。（何宇翔）

相關焦點

  • 火箭想要飛得更快，可能還得靠核動力推進
    但有一點你可能不會想到，那就是現代火箭的前進速度並沒有過去那麼快了。速度更快的航天飛船在很多方面上都佔據優勢，而核動力火箭（nuclear powered rocket）就是給飛船加速的一種方法。與傳統燃燒燃料的火箭或是現代太陽能電推進火箭相比，核動力火箭具有許多優勢，但在過去的40年中，美國只有8次航天發射用到了核反應堆。在2019年，規範核航天飛行的相關法規發生了變化，下一代火箭的工作也已經重新開始了。為什麼要追求速度？
  • NASA下注太空工程的未來:又見核動力火箭
    NASA下注太空工程的未來：又見核動力火箭 2021-01-06 09:45 來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客
  • 核動力火箭,30天到達火星?
    最近，國外媒體報導，美國宇航局的工程師正計劃建造核裂變裝置，以作為宇宙飛船的主要動力，科學家認為，如果我們使用核動力火箭飛往火星，只需要30天時間。在很多人的眼中，核能最成熟的運用就是核電站，那麼，只能發電的反應堆，又是如何用在火箭上的呢？並非新鮮事物核動力火箭，並非現在才提出來的新概念。
  • 科學家用核動力火箭，飛到火星只需兩個星期
    這種材料具有強度高、質量輕、耐腐蝕、成本低和綜合性能高的優勢，而成為了火箭外箱和理想選擇。它的內箱體則採用鈦合金或高強度的鋼製成。底部的發動機起的是推力作用，由於燃料在室內燃燒溫度高達3000℃以上，任何材料都會在這種嚴酷的環境中軟化至熔化，唯一的辦法就是使燃燒室冷卻以保障材料強度。
  • NASA 核動力火箭2035年奔赴火星!我們離太空「核時代」還有多遠?
    回顧 2020 年，對於 NASA 來說，由核動力驅動的「毅力號」火星車成功發射，絕對是一大歷史性航天事件。而展望未來，NASA 對於火星的探索仍將繼續，新興的硬核技術也正在投資、催生當中——NASA 宣布，將與商業公司共同研發核動力發動機，未來地球人研究甚至奔赴火星將會藉助核的力量，而這一宏偉目標會在 2035 年前實現。何為核動力火箭？
  • 科學家用核動力火箭,飛到火星只需兩個星期,太空人更安全了
    這種材料具有強度高、質量輕、耐腐蝕、成本低和綜合性能高的優勢，而成為了火箭外箱和理想選擇。它的內箱體則採用鈦合金或高強度的鋼製成。底部的發動機起的是推力作用，由於燃料在室內燃燒溫度高達3000℃以上，任何材料都會在這種嚴酷的環境中軟化至熔化，唯一的辦法就是使燃燒室冷卻以保障材料強度。
  • NASA：2035年，將核動力火箭送往火星
    一、核動力潛力無限，燃料瓶頸尚待攻破核火箭發動機的想法可以追溯到上世紀四十年代，在通常的設想中，化學火箭會先將飛船發射出低地球軌道之外，然後核動力火箭會「接棒」，作為推動力送飛船在星際中穿梭。核反應堆釋放的能量能將液態氫加熱至2430攝氏度，約為核電站核心溫度的八倍，推進劑也會以極快的速度噴出噴嘴。
  • 太空旅行的下一個時代應該包括核動力火箭
    但是，您可能會驚訝地發現現代火箭的前進速度並沒有過去的那麼快。 有很多理由認為，更快的太空船是更好的，而核動力火箭就是做到這一點的一種方法。與傳統的燃料燃燒火箭或現代太陽能電火箭相比，它們具有許多優勢，但是在過去的40年中，美國只有八次運載核反應堆的太空發射。 但是，去年，規範核太空飛行的法律發生了變化，下一代火箭已經開始工作。
  • 未來核動力的出路在哪？
    人類不可能永遠困守地球這個孤島這些設計大多不甚可靠，今天我們就來介紹一下未來可能會成為我們星際旅行主力的火箭設計吧未來可期——核電火箭首先我們先來看看初級選手：核電火箭。核電火箭指的是「核動力的電火箭」，而不僅僅是「核電動力的火箭」，那什麼叫電火箭呢？
  • NASA 核動力火箭 2035 年奔赴火星!我們離太空「核時代」還有多遠?
    搭載著「毅力號」火星車的宇宙神5 號運載火箭發射升空|圖來源於原文章而展望未來，NASA 對於火星的探索仍將繼續，新興的硬核技術也正在投資、催生當中——NASA 宣布，將與商業公司共同研發核動力發動機，未來地球人研究甚至奔赴火星將會藉助核的力量，而這一宏偉目標會在 2035 年前實現。何為核動力火箭？
  • 核動力火箭有多瘋狂?100天能到火星,只有美國敢測試
    一切都與一架飛機有關，就是NB—36H，這是一架重型轟炸機及戰略轟炸機，是世界上翼展最大的轟炸機，特殊之處是上面裝載了核動力裝置。戰略轟炸機是一個國家三位一體核打擊力量的主要組成部分，它最高可載彈30噸，時速600公裡每小時，升到萬丈高空可令地面防禦設施變成聾子瞎子，用它來打擊敵人，簡直讓敵方防不勝防。
  • 核動力火箭啟動！從地球到火星30天即達，去比鄰星只需12年
    核動力火箭或開啟人類星際之旅新時代什麼是核動力火箭呢？其實簡單來說，就是不再以傳統的化學燃料能源作為動力，而是以核能作為動力的新型火箭。在科學家們的眼中，核動力火箭也是未來人類開啟星際之旅新時代的關鍵。其實，雖然核動力火箭目前還在研發階段，但是早在上世紀初，就已經被提出了。當居裡夫人成功提煉出放射性元素鐳之後，俄羅斯的航天之父齊奧爾科夫斯基，就曾經預言，未來核動力發動機將成為人類飛出太陽系的關鍵。
  • 核動力火箭啟動!從地球到火星30天即達,去比鄰星只需12年
    的文章中，卻表示未來人類從地球出發，去往火星只需要1個月的時間，而且即使是去往4.2光年之外的比鄰星，也只需要12年的時間，這是怎麼回事呢？核動力火箭或開啟人類星際之旅新時代什麼是核動力火箭呢？其實簡單來說，就是不再以傳統的化學燃料能源作為動力，而是以核能作為動力的新型火箭。
  • 中國完成核動力載人快速火星飛船方案研究 採用大功率核電推進
    據中國航天網12月23日消息，日前，中國航天科技集團公司五院502所和總體部合作，在科技部「863」課題「核動力太空飛行器總體技術和安全研究」的支持下，順利完成了「空間大功率核電推進方案」研究工作，這是我國在新型推進技術領域取得的又一重要研究成果。空間大功率核電推進系統是未來大型深空探測的優選方案，更是未來推進技術發展的戰略制高點。
  • 美國加速發展火箭核能推進技術,網友:太空是屬於全人類的!
    二戰後投奔美國的德國科學家沃納·馮·布勞恩（Wernher V on Braun）在他研究土星V火箭之前就已經認識到核能推進器的潛力。後來美國宇航局成立的一個名為NERVA的項目小組，在NERVA的項目小組中研究人員計劃使用核能推進器為火箭提供動力來源，不過遺憾的是，由於經費不足等問題，最終該項目被取消了。不過從那以後，美國宇航局一直在大力研發核能推進器。
  • 用核動力火箭登月！美國航天領域再提新概念，專家：背後用心險惡
    早在過去一段時間，美國就和蘇聯發起了太空博弈，兩國都想成為太空唯一的霸主，儘管美國率先實現了登月，但是美國的航天探測在很長一段時間都要依賴俄羅斯，美國的土星5號運載火箭使用的發動機，就是來自俄羅斯的RD-180發動機，在2011年以後，美國所有太空梭退役，美國的太空人想要往返
  • 探秘伊卡洛斯熱核火箭:可載人飛出太陽系
    據國外媒體報導，伊卡洛斯星際公司的科學家近日探討了空間飛行核動力與發電技術的研究，希望在2100年前發展出先進的空間核動力系統，其中包括了電源、推進系統和放射性同位素電機等。該公司是一個非盈利性的機構，其致力於實現人類首次空間飛行，計劃在下一個世紀上推出第一款具備恆星際空間飛行能力的宇宙飛船，並執行前往最近恆星系統的旅程。
  • 俄羅斯開始組裝140噸核動力火箭，曾經的航天霸主將再次崛起？
    核動力火箭，是指使用核能為動力的替代傳統化學燃料的火箭！核動力火箭無論是推力還是續航能力上，都具有化學燃料火箭無可比擬的優勢。如果核動力火箭成功發射，必將是航天歷史上的重大裡程碑！俄羅斯核動力火箭相關圖片一般來說，核動力火箭可分為核電火箭、核脈衝火箭、核熱火箭、核鹽水火箭、核衝壓火箭及核聚變火箭等
  • 俄羅斯展示真實的航天實力，開始組裝核動力火箭，運力達140噸
    核動力火箭，是指使用核能為動力來替代傳統化學燃料的火箭！核動力火箭無論是推力還是續航能力上，都具有化學燃料火箭無可比擬的優勢。如果核動力火箭成功發射，必將是航天歷史上的重大裡程碑！俄羅斯核動力火箭相關圖片一般來說，核動力火箭可分為核電火箭、核脈衝火箭、核熱火箭、核鹽水火箭、核衝壓火箭及核聚變火箭等
  • 中國研發核動力推進器,半年就能到達火星!難度太大美俄已放棄
    近日，中國航天科技集團第六研究院院長劉志讓表示，正在與國內核動力相關研究單位共同開展空間核動力系統的研究工作，中國運載火箭將形成傳統推進劑、核電和核熱等多種空間核動力推進方案。正如劉院長所言，空間核動力推進技術主要分核熱推進和核電推進兩種。其中，核熱推進是指用核反應堆堆芯的高熱量加熱液氫、甲烷等膨脹率高的工質，並向後排出做功以獲得前進的動力。換言之，就是用核反應堆代替傳統火箭的燃燒室。其優點是比起傳統火箭發動機，核熱火箭發動機的比衝極高。