伊恩·博伊德《对话》 一个艺术家的印象，一艘用来把人类带到火星的核热飞船可能是什么样子
约翰·弗雷泽尼托& amp同事/维基百科 随着美国国家航空航天局和埃隆·马斯克心中对火星的梦想，穿越太空的远程载人任务即将到来
但你可能会惊讶地发现，现代火箭并不比过去的火箭跑得快多少
有很多理由表明，更快的飞船是更好的飞船，而核动力火箭是实现这一目标的一种方式
与传统的燃料燃烧火箭或现代太阳能电动火箭相比，它们提供了许多好处，但只有八个美国的
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过去40年里搭载核反应堆的太空发射
然而，去年规范核太空飞行的法律发生了变化，新一代火箭的工作已经开始
为什么需要速度？ 太空旅行的第一步包括使用火箭将飞船送入轨道
当人们想到火箭发射时，他们会想到这些大型燃油发动机，由于重力的限制，它们在可预见的未来不太可能消失
一旦一艘船到达太空，事情就会变得有趣
为了逃离地球的引力并到达深空目的地，船只需要额外的加速度
这就是核系统发挥作用的地方
如果宇航员想探索比月球或者火星更远的地方，他们需要非常非常快的速度
空间很大，一切都很遥远
更快的火箭更适合长途太空旅行有两个原因:安全性和时间
宇航员在火星旅行时会暴露在非常高的辐射水平下，这可能会导致严重的长期健康问题，如癌症和不育
辐射屏蔽可以有所帮助，但它极其沉重，而且任务越长，需要的屏蔽就越多
减少辐射暴露的一个更好的方法就是快速到达你要去的地方
土星五号火箭有363英尺高，大部分只是一个油箱
荣誉:迈克·杰泽/英雄精英
组织，抄送人-国家-地区 但是人类安全并不是唯一的好处
随着太空机构向更远的太空探索，尽快从无人任务中获取数据是很重要的
旅行者2号花了12年才到达海王星，在那里它拍摄了一些令人难以置信的照片
如果旅行者2号有一个更快的推进系统，天文学家可能早在几年前就有这些照片和它们包含的信息了
速度不错
但是为什么核系统更快？ 当今的系统 一旦船只脱离地球引力，在比较任何推进系统时，有三个重要方面需要考虑: 推力——一个系统加速一艘船的速度——质量效率——一个系统在给定的燃料密度下能产生多少推力——一个给定的燃料量能产生多少能量 今天，最常用的推进系统是化学推进——也就是常规的燃料燃烧火箭——和太阳能电力推进系统
化学推进系统提供了很大的推力，但是化学火箭并不是特别有效，而且火箭燃料也没有那么高的能量密度
将宇航员送上月球的土星五号火箭在发射时产生3500万牛顿的力，并携带95万加仑的燃料
虽然大部分燃料用于将火箭送入轨道，但局限性是显而易见的:需要大量重燃料才能到达任何地方
第一枚核热火箭建于1967年，在背景中可以看到
前景是保护性的外壳，可以容纳反应堆
信用:美国宇航局/维基百科 电力推进系统利用太阳能电池板产生的电力产生推力
最常见的方法是使用电场来加速离子，例如在霍尔推进器中
这些设备通常用于为卫星提供动力，其质量效率比化学系统高五倍以上
但它们产生的推力要小得多——大约3牛顿，或者仅够汽车在大约两个半小时内从0-60英里/小时加速
能源——太阳——本质上是无限的，但是离太阳越远，它的用处就越小
核动力火箭有前途的原因之一是因为它们提供了令人难以置信的能量密度
核反应堆中使用的铀燃料的能量密度比肼(一种典型的化学火箭推进剂)高400万倍
将少量的铀送入太空要比几十万加仑的燃料容易得多
那么推力和质量效率呢？ 核能的两种选择 工程师们为太空旅行设计了两种主要的核系统
第一种叫做核热推进
这些系统非常强大，效率适中
他们使用一个小型核裂变反应堆——类似于核潜艇中的反应堆——来加热一种气体，比如氢气，然后这种气体通过一个火箭喷嘴加速提供推力
美国国家航空航天局的工程师估计，由核热推进驱动的火星任务将比化学动力火箭短20%-25%
核热推进系统的效率是化学推进系统的两倍多——也就是说，它们使用相同数量的推进剂产生的推力是化学推进系统的两倍——并且可以提供10万牛顿的推力
这足够让一辆车在大约四分之一秒内从0-60英里每小时的速度行驶
第二个基于核能的火箭系统叫做核能电力推进
目前还没有建造核电系统，但是这个想法是使用一个高功率裂变反应堆来发电，然后为一个电力推进系统提供动力，比如霍尔推进器
这将非常有效，比核热推进系统好三倍
由于核反应堆可以产生大量的能量，许多独立的电力推进器可以同时工作来产生大量的推力
核电力系统将是极远距离任务的最佳选择，因为它们不需要太阳能，具有非常高的效率，并能提供相对较高的推力
尽管核电力火箭非常有前途，但在投入使用之前仍有许多技术问题需要解决
为什么现在还没有核动力火箭？ 自20世纪60年代以来，人们一直在研究核热推进系统，但尚未在太空中飞行
美国首先实施的法规
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在20世纪70年代，基本上需要多个政府机构对任何核空间项目进行逐案审查和批准，并得到总统的明确批准
由于缺乏用于核火箭系统研究的资金，这种环境阻碍了用于空间的核反应堆的进一步改进
当特朗普政府在2019年8月发布总统备忘录时，这一切都改变了
新指令坚持认为有必要尽可能保证核发射的安全，同时允许核材料含量较低的核任务跳过多机构批准程序
只有赞助机构，例如美国国家航空航天局，需要证明该任务符合安全建议
更大的核任务将经历和以前一样的过程
随着法规的修订，美国国家航空航天局在2019年预算中获得了1亿美元用于发展核热推进
国防高级研究计划局还在开发一种太空核热推进系统，以支持地球轨道以外的国家安全行动
在经历了60年的停滞之后，核动力火箭有可能在十年内进入太空
这一激动人心的成就将开创太空探索的新时代
人们将去火星，科学实验将在我们的整个太阳系和更远的地方有新的发现
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