美俄争相研制核动力火箭和导弹，中国会被他们带歪吗？_风闻

自从人类叩开原子能时代的大门，就开始发展各种以核能驱动的大玩具，最典型的就是核航母、核潜艇这样象征国家综合实力的超级兵器。

美国、苏联还尝试过将核动力技术用于飞机和坦克，虽然均以失败而告终，但足以说明当人类手握潘多拉魔盒的钥匙之后，迫不及待地发展全核动力作战平台的野心。

▲关我什么事？——爱因斯坦

当然，《辐射》中核子能源进万家的场景并没有实现，探索核能的步伐也在冷战结束后慢了下来，且研究重点逐渐转向可控核聚变、核电厂这样的纯科研或民用领域，军用核动力技术的发展一度比较迟缓。

不过最近，美国国防高级研究计划局（DARPA）提出了一项雄心勃勃的核动力火箭计划：Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations——敏捷环月演示火箭，这项计划旨在开发由核能驱动的热核火箭（NTR）。

▲敏捷环月演示火箭概念图

据美国《野兽日报》透露，这一计划的直接推手正是五角大楼，美军希望将卫星部署在广阔的地月空间[1]中，以阻挠中国太空经济区的建设，并要求NASA抢在中国之前实现这项技术。

你看看，什么叫执念深重？自己家里都一大堆烂摊子了，还非得树立一个假想敌折腾自己，典型的损人不利己。

要胖兵说，虽然咱对别人家的事不感兴趣，但还是得搞清楚这东西到底是个什么玩意，毕竟它和美国重返月球的阿尔忒弥斯计划有密切联系，对中国航天的发展也有很大的参考价值。

什么是核热推进？

我们知道，传统运载火箭通过燃烧二甲肼、四氧化二氮、液氢/液氧这样的工质燃料产生推力，而热核火箭则使用核堆加热液体推进剂，以获得所需要的燃气。

这种做功方式的好处在于，核火箭的比冲[2]较之传统火箭要高得多，所产生的燃气也能以更快的速度膨胀喷出，推力更大，有效载荷是传统火箭的1-3倍。

▲核火箭概念图

除此以外，核火箭还能提供更快的速度、更低廉的成本。按照DARPA的计算，敏捷环月核火箭要比传统火箭快上1倍，这个优势将至关重要。

在人类探索太空的历程中，天体之间的距离太远一直是个大麻烦，航天器从地球到月球需要100小时，抵达火星则需要4-7个月，去木星要花上2年。

▲核火箭有望将航天器往返地火的时间缩短一倍

如此长的距离会给任务造成诸多不确定性，也没有任何人可以在航天器里忍受如此长的时间，所以科学家一直在寻找缩短飞行时长的方法，核火箭就是解决途径之一，而且这项研究早在大半个世纪前便已开始。

1944年，参与曼哈顿计划的两名科学家，斯坦尼斯瓦夫·乌兰（波兰犹太人）和弗雷德里克·霍夫曼，就为美国空军进行过核推进的概念验证，只不过这个天马行空的构想太过超前，因此并未取得实质性成果。

▲核火箭领域的先驱

斯坦尼斯瓦夫·乌兰（左）

弗雷德里克·霍夫曼（右）

1955年，NASA接手空军留下的研究资料，并启动了火箭用核引擎项目（NERVA），希望将核火箭的研究继续下去，最终实现将人类送上月球、火星，甚至更遥远的地外天体。

▲NERVA核发动机的结构图

遗憾的是，NASA这次不怎么走运。由于国会削减了太空探索计划的预算，尼克松政府又叫停了阿波罗计划，缺乏经费支持的NERVA项目最终在1972年完全搁置停摆，留存的研究资料直到前几年才由NASA新启动的低温核推进级（NCPS）项目继承。

不过胖兵在查阅相关档案后发现，就算当初NASA得到了充足而持久的资金支持，NERVA项目成功的可能性也非常低。

▲1967年12月

用于NERVA地面试验的发动机冷却罩正在装配

美国以世界领先的技术实力发展了这么多年，却始终没能取得关键突破，还是因为这种技术存在几个极难攻克的瓶颈。

①、反应堆的性能取决于堆芯压力容器所用材料的性能，因为火箭的体积十分有限，无法像航母、潜艇那样使用大功率冷却装置，只能沿用传统火箭由推进剂给发动机降温[3]的冷却方法，因此必须降低反应堆功率，这会丧失相当一部分原本的推力优势。

▲核反应堆原理图

液氢既是燃料也是冷却剂

但它的冷却效果远远不够

即便如此，冷却效果还是不够，NASA数十年来的试验证明，以现有技术制造的压力容器和当前的降温手段无法冷却堆芯，核堆的外壳必然会变型、破裂，引发核泄漏。

②、熟悉热核物理学的小伙伴都知道，核堆不仅会在工作时发出热量，关机后也会持续发热，因为核燃料会在反应后产生衰变热[4]并向外辐射，如果冷却手段无法有效控制这种发热，不断上升的温度必然会导致燃料棒的外壳破裂。

▲这是一块经过核反应的钚238

它因衰变热而变红

③、火箭内部空间不够，无法有效隔离核辐射，宇航员会受到不可逆的核污染，从而危及生命。

④、核堆的质量非常之大，点火和冷却又需要大量液氢，再加上实际功率远远达不到理论设计值，导致核火箭的推重比反而比传统火箭还要低，无法作为脱离地心引力的第一推进级使用，仍然需要化学能发动机担负起飞任务。

这就使得核火箭的结构异常复杂、使用效能低下，远达不到大推力、大载荷、高速度、低成本、更灵活的设计目标。

以上这些问题，都是核火箭在发展道路上难以清除的绊脚石，也是美国多次暂停、回炉、整理的根本原因。

▲反应堆的降温、防泄漏一直是核火箭技术的最大困扰

（图源：NASA）

近几年，美国核火箭的研究颇有大规模复苏的迹象，不过也不难理解，美国已经被霸权主义和对抗思维绑架，在他们看来，中国航天正常而独立的发展，都会被视为对美国航天领先地位的挑战，必须予以遏制，呵呵。

其他国家的尝试

除了美国，还有其他国家在研究核火箭吗？当然有，同样作为核大国的苏联也在1950年代对此展开过系统方案、关键技术的研究，但出于和美国一样的问题，也没能取得重大成果。

不过熊大并未放弃，只是将研究的主要方向转入军用领域，这几年俄罗斯重点发展的9M730-“海燕”巡航导弹（北约称SSC-X-9）就采用核动力，算是核火箭的远房亲戚。

▲“海燕”核动力巡航导弹想象图

这型导弹的研究进程并不顺利，外媒推测已经有5次失败的试验，其中一次还因为核电池爆炸导致北德文斯克港被封闭了一个月，幸好没有造成严重的污染。

可一旦研发成功，地球上任何位置的目标都在其打击范围之内，北约情报机构在描述这型导弹的射程时也只能无奈地标注一个词：Infinity（无限）。

▲俄媒曝光的相关照片

除了美俄两个传统航天强国，中国作为正在迅速崛起的航天大国，研究核火箭同样势在必行。

中国航天科技集团六院院长刘志让曾透露，中国已经启动由多个研究设计单位联合进行的核火箭项目，正在开展核动力方案论证和关键技术的研究，后续可能会形成热核、核电等多种动力方案，希望在2040年前后实现中国核动力空间穿梭机的重大突破。

▲刘志让与胖五模型（左二）

2040年这个时间点很关键，因为中国航天在《关于开发地月空间的若干思考》报告中已经明确表示，我国要力争在本世纪中叶建成地月空间经济区。

在这一进程中，发展大中型太空运输装备是重中之重，因此中国研究核火箭技术也就顺理成章了。而美国重启这项计划，很大程度上是为了阻挠中国实现这一目标。

尽管前路漫漫、困难重重，但在探索星辰大海的征途中，核火箭可能是关键步骤，小兵兵也相信，我们一定会在不远的未来看到它的诞生。

【1】指地球与月球之间的太空，是地月经济带建设的关键区域，美国阿尔忒弥斯计划在此建造太空站。

【2】又称比推力，指单位推进剂在单位时间内所产生的推力。比冲越大，发动机效率越高。

【3】液氢的储存温度非常低，这种推进剂同时也是发动机的冷却剂。

【4】放射性元素在衰变时释放的热量，由于衰变速度非常慢，这种发热会持续一周甚至数月，大功率发电用核堆如果在关机后不做去热处理，发热甚至会长达20年以上，进入衰变周期的核燃料属于核废料的一种。

参考资料：

Agilists：US government is developing a nuclear rocket to send satellites between Earth and the Moon

DailyBeast：Pentagon Preps Nuclear Moon Rocket——David Axe

wiki：Nuclear thermal rocket、Decay heat

中国航天系统科学与工程研究院：核动力火箭的前世今生——孙棕檀、李金钊