[環(huán)球網(wǎng)軍事/航空報道]2019年，美國在星際探索方面動作頻頻。先是今年3月26日美國副總統(tǒng)彭斯表態(tài)要繼續(xù)推進(jìn)太陽系探索計劃，并雄心勃勃的提出要在2024年讓美國宇航員重返月球。接著，5月22日，美國國會批準(zhǔn)了NASA（美國航空航天局）1.25億美元用于開發(fā)核熱推進(jìn)技術(shù)的預(yù)算。7月2日，NASA成功測試了獵戶座宇宙飛船（Orion）的發(fā)射中止系統(tǒng)（LAS），標(biāo)志著阿爾特彌斯（Artemis）月球任務(wù)邁入了一個新的里程碑。最近，NASA動用巨型運(yùn)輸機(jī)“超級古比魚”將獵戶座飛船運(yùn)送到俄亥俄州進(jìn)行極低溫環(huán)境測試，完成后再將之送回佛羅里達(dá)州，以安裝到專門為之設(shè)計的大推力“太空發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）上。
獵戶座飛船現(xiàn)在的任務(wù)是為登月任務(wù)運(yùn)送和建立一個稱之為“門戶”的月球觀察平臺，作為宇航員登月的中轉(zhuǎn)站，意味著比原先的設(shè)計攜帶更多的設(shè)備，因而需要擁有105噸的近地軌道運(yùn)載能力。承擔(dān)獵戶座飛船發(fā)射任務(wù)的“太空發(fā)射系統(tǒng)”目前有效載荷是77噸，最終可擴(kuò)展到143噸?！疤瞻l(fā)射系統(tǒng)”擁有的兩個固體火箭能夠提供持續(xù)126s、單個高達(dá)3，600，000磅的推力，4個RS25液體火箭發(fā)動機(jī)能夠提供持續(xù)8分鐘、單個高達(dá)512，000磅的推力。
在月球發(fā)射核熱推進(jìn)傳送器的優(yōu)勢
美國自阿波羅登月之后，花大力氣重啟登月計劃，難道僅僅是為了把宇航員送上月球這么簡單？其實，這只是NASA星際探索計劃的一個小小的演練。重返月球?qū)镹ASA將宇航員送上火星并返回地球做好工程和基礎(chǔ)設(shè)施上的能力儲備。星際探索的一個基本保障是擁有一個先進(jìn)的火箭引擎確保我們高速到達(dá)遙遠(yuǎn)的宇宙目的地，而熱核動力推進(jìn)在深空旅行中將是最優(yōu)先的選擇。更好的核動力能讓我們飛到更遠(yuǎn)的距離。而在月球上建立一個“核熱推進(jìn)傳送器”，將比一般的化學(xué)推進(jìn)火箭能更高效地把人員和物質(zhì)從近地軌道傳送到空間站中。
在月球上建立“核熱推進(jìn)傳送器”比地球有什么優(yōu)勢呢？“核熱推進(jìn)傳送器”的反應(yīng)堆重啟次數(shù)將可以達(dá)到160次，以每半年一次飛行任務(wù)統(tǒng)計，將可以服役20年。每次任務(wù)運(yùn)行時間可達(dá)到90分鐘。由于反應(yīng)堆芯的冷卻出口溫度相對較低（1700K），將確保反應(yīng)堆很高的重啟能力。相對較低的反應(yīng)堆芯的冷卻進(jìn)口壓力（3102kPa）可以在機(jī)理上實現(xiàn)更簡單可靠的設(shè)計。因此，月球上的低溫、低壓條件將允許一些在地球上無法采納的設(shè)計：例如極端高溫的燃料棒、高壓反應(yīng)堆芯、高重啟能力下的多任務(wù)架構(gòu)設(shè)計等等。
核推進(jìn)火箭的背景和進(jìn)展
核推進(jìn)火箭于上世紀(jì)60年代在NERVA（NuclearEngineforRocketVehicleApplication）項目中提出，作為一種理想的兼顧高推力和高效的系統(tǒng)，核熱推進(jìn)將鈾做成核裂變反應(yīng)堆芯的燃料棒，將氫氣作為冷卻劑。穿過類似蜂窩結(jié)構(gòu)的反應(yīng)堆芯后，吸取了大量熱量的高溫等離子氫氣經(jīng)噴管高速排出后即產(chǎn)生巨大推力。
第三代核推進(jìn)火箭“美洲小燕”（Pewee）采用液氫作為推進(jìn)劑，可以產(chǎn)生25，000磅的推力，推重比為3.5比1，比沖為940秒。隨著飛行任務(wù)時間的增加，液氫由于易于汽化，其儲存成為長期飛行的卡脖子難題。液氨則可有效解決這一難題。氨氣液化溫度為195.5K，當(dāng)處于太陽陰影面時，液氫在宇宙中可以保持足夠低溫而不會汽化，因此，還可以將富余的液氨儲存在近地軌道的“氣站”中。
用液氫作為推進(jìn)劑，Pewee核反應(yīng)堆只能運(yùn)行四回，可能是受限于運(yùn)行溫度（＞3000K）和運(yùn)行壓力（1000psi，6894kPa）過高。而用液氨作為推進(jìn)劑，重量為3732磅，預(yù)測可產(chǎn)生6.7比1的夢幻般的推重比。燃料棒可在1700K溫度下運(yùn)行，運(yùn)行壓力為450psi（3102kPa），真空推力為25，000磅時，可產(chǎn)生233秒的真空比沖；當(dāng)運(yùn)行壓力提高到1200psi（8273kPa），真空推力為26，248時，可產(chǎn)生245秒的真空比沖。核反應(yīng)堆將從較低運(yùn)行溫度和較高運(yùn)行壓力的設(shè)計中受益。
NASA星際探索雄心再現(xiàn)
鋼鐵俠的父親說過，他有很多雄偉藍(lán)圖，受限于那個時代而無法實現(xiàn)，隨著工業(yè)水準(zhǔn)的提高、更先進(jìn)材料的出現(xiàn)、機(jī)理的突破，核熱推進(jìn)火箭從理論設(shè)計、地面試驗正在向小型化、實用化走來。核熱推進(jìn)火箭的比沖為化學(xué)燃料火箭的兩倍，可以使到達(dá)火星的時間縮短一半，一旦飛行試驗成功，人類登上火星甚至更遙遠(yuǎn)的星系就不再是那么遙遠(yuǎn)的事。目前，NASA已經(jīng)為載人探月建造了獵戶座宇宙飛船，內(nèi)置了很多可以幫助其深入探索太陽系的新技術(shù)，其乘員艙可維持宇航員深空旅行，并提供深空返回速度下的安全再入。先實現(xiàn)登月，利用月球低溫、低壓、低重力的條件，探索各種新技術(shù)的可能，再借助核熱推進(jìn)火箭，讓載人飛船走向深空，NASA的星際探索正穩(wěn)步推進(jìn)中。（李澤梁）
部分文字參考引用：
1。綜述，美2024年重返月球：彭斯雄心勃勃一些專家卻不買帳，北晚新視覺網(wǎng)，2019-03-28
2.Tracyisme編譯，美國會資助1.25億美元發(fā)展核熱推進(jìn)，只用在深空探索領(lǐng)域嗎，搜狐軍事，2019-05-23
3。周舟，美“獵戶座”飛船成功完成發(fā)射中止逃逸測試，新華社，2019-07-02
4。芝士情報局，NASA巨型運(yùn)輸機(jī)“超級古比魚”將獵戶座飛船運(yùn)送到俄亥俄州，網(wǎng)易科技頻道，2019-11-27
5.Moran，R。，LunarNuclearThermalSupport，N180006388，NASA，2018
6。木秀林，網(wǎng)易科學(xué)人，美國獵戶座飛船想要征服火星！要先克服這5大難題！，網(wǎng)易科技頻道，2018-08-09
