美国核动力火箭研发之路与最新进展，了解一下

虽然人类早在几十年前就造出了N1、土星5巨型运载火箭，现在的“星舰”和“超级重
型”组合起来的亚完全体高度甚至达到了120米级，但采用的依然是传统的化学能源，
靠燃烧推进剂来产生推进力，比冲小，速度慢。而真正要进行星际旅行，不说曲率引擎、反重力发动机，至少核热火箭是需要的。


土星5和星舰亚完全体

所谓的核热火箭，是指用核反应堆替代液体火箭发动机中的化学燃烧室，利用原子核反应释放的热量，直接加热推进工质，通过扩张喷管向后高速喷出，从而产生巨大推力，而核热火箭的推进工质包括气态氢、水和其他电离气体，其中美国目前着力的方向主要是氢和水。


核热火箭的工作原理

美国对核热火箭的研究，最早始于1955年，没错，66年前，他们就已经在研制这种科幻的火箭了。而推出的核热火箭发动机，包括早期ROVER计划中的“几维”核热火箭试验
发动机、“太阳神”核热火箭发动机、“山雀”核热火箭发动机；NERVA计划中的NERVA NRX核动力火箭试验发动机、Experimental核热火箭发动机和SNTP计划、SEI计划，也
就是说至少有4个项目，7个系列。



KiwiA Prime核热火箭发动机

其中“几维”核热火箭试验发动机的研制时间在1959年到1964年，一共制造出了8台核
热火箭发动机。但是在早期，美国人也有自知之明，这8台核热火箭发动机全部不上天
，只在极度保密的沙漠地区进行地面试验，就像新西兰的几维鸟一样，不会飞且昼伏夜出，所以美国的航天科学家们用“几维”这个名字，来命名他们的第一个核热火箭发动机项目。


KiwiA Prime核热火箭发动机测试瞬间

而“几维”核热火箭试验发动机又可以细分为KiwiA Prime、KiwiA3、Kiwi B1A、Kiwi B1B、Kiwi B4A/D/E，差不多一个型号一台，功率从70MW到1000MW不等。等到了1965年
的“太阳神”热火箭发动机，最大功率已经提高到1090MW至4082MV，可谓进步神速。


“太阳神”热火箭发动机

值得一提的是，不要以为核热火箭就很省推进工质，实际上，在KiwiA Prime的以70MW
功率运行5分钟的测试中，每秒钟喷出的气态氢达到3.2公斤，90MW功率运行时，每秒的氢气流量为3.81公斤。有意思的是，当功率进一步增加，达到92MW时，氢气流量反而下降到每秒2.36公斤。但即便这样，5分钟就是接近1吨的重量。注意，这只是一台发动机的消耗，真正的核热火箭，会有很多台发动机。


美国KIWI-B4A 核热火箭发动机

而在ROVER计划试验的同时，美国还启动了NERVA计划，其目标是研制可以载人登月的核热火箭发动机，其中的NERVA A2发动机，比冲达到811s，功率也都达到了1000MW以上，但是由于堆芯功率密度和燃料最高工作温度较低，从而造成了发动机系统的体积和质量较大，比冲较小，难以完成未来航天器任务，所以全部停留在地面试验阶段。


美国NERVA 核热火箭发动机

而现在，美国新一代核热火箭发动机的SNTP计划、SEI计划，正在朝着小型化、模块化
、双模式化方向发展，已经具备了飞行验证试验和空间应用的技术基础。不仅如此，他们还同时在研制可控核聚变火箭发动机，这是比核热火箭更先进一个纬度的存在。未来，美国的运载火箭将形成传统的化学火箭、核热火箭、等离子火箭（霍尔推进器、网格离子发动机）和可控核聚变火箭共存的局面。当然，这个未来还有多久，就要看美国的决心和能力了。

DRA5核热火箭火星飞行组合体