美國宇航局正在開發一種核火箭，可在短短 45 天內到達火星

我們生活在一個新的太空探索時代，一些機構計劃在未來幾年將宇航員送上月球。 未來十年，美國宇航局和中國將派遣宇航員前往火星，其他國家可能很快也會加入。 這些和其他將宇航員帶到低地球軌道 (LOO) 和地月系統之外的任務需要從生命支持和輻射防護到能量和推進的新技術。 而在後者方面，核熱和核電推進（NTP/NEP）是主要的勝利競爭者！

作為 2023 年 NASA 創新先進概念 (NIAC) 計劃的一部分，NASA 選擇了一個核概念作為第一階段的開發。 這種新型雙峰核動力裝置採用“轉子加速波週期”，可將飛往火星的飛行時間縮短至 45 天。

佛羅里達大學高超音速項目主任、佛羅里達工程應用研究項目 (FLARE) 團隊成員 Ryan Gosse 教授提出了這項名為波轉子加速循環雙峰 NTP/NEP 的提案。 Gosse 的提案是 NAIC 今年為第一階段開發選定的 14 項提案之一，其中包括 12 美元的贈款，用於幫助開發與該項目相關的技術和方法。 其他產品包括創新傳感器、儀器儀表、製造技術、電力系統等。

核能基本上歸結為兩個概念，這兩個概念都依賴於經過徹底測試和驗證的技術。 對於核熱推進 (NTP)，該循環由一個核反應堆組成，該反應堆加熱液氫 (LH2)，將其轉化為電離氫氣（等離子體），然後通過噴嘴引導產生推力。 已經進行了幾次嘗試來創建該推進系統的測試版本，包括該項目 羅孚，美國空軍和原子能委員會於 1955 年啟動的聯合項目。

1959年，NASA從美國空軍手中接管，該計劃進入了致力於航太應用的新階段。這最終催生了火箭核推進系統（NERVA），這是一種經過成功測試的實心核反應器。隨著 1973 年阿波羅時代的結束，該計劃的資金大幅削減，導致該計劃在進行任何飛行測試之前就被取消。

另一方面，核電推進 (NEP) 依靠核反應堆為霍爾效應推進器（離子推進器）提供動力，該推進器會產生電磁場，電離並加速惰性氣體（例如氙氣）以產生推力。 開發這項技術的努力包括 NASA 在核系統倡議 (NSI) 下的普羅米修斯項目。

與傳統化學發動機相比，這兩種系統都具有顯著優勢，包括更高的比衝 (Isp)、燃油效率和幾乎無限的能量密度。 儘管概念不同在於它們提供超過 10 秒的比衝，即它們可以保持近三個小時的推力，但與傳統火箭和 NTP 相比，推力水平相當低。

Gosse 說，對電源的需求也提出了空間散熱問題，理想條件下熱能轉換率為 30-40%。 雖然 NERVA 的 NTP 設計是執行載人火星及其他任務的最佳方法，但這種方法在為高增量浪湧任務提供足夠的初始和最終質量分數方面也存在問題。

這就是為什麼包含兩種移動方法（雙峰）的建議是首選的原因，因為它們結合了兩者的好處。 Gosse 的提議涉及基於 NERVA 固體燃料反應堆的雙峰設計，該反應堆將提供 900 秒的比衝 (Isp)，是當前化學火箭性能的兩倍。

Gosse 提議的循環還包括波浪增壓器或波浪轉子 (WR)，這是一種用於內燃機的技術，它使用由進氣壓縮反應產生的壓力波。

與 NTP 發動機配合使用時，WR 將使用通過加熱反應堆中的 LH2 燃料產生的壓力來進一步壓縮反應物質。 正如 Gosse 所承諾的那樣，這將提供與 NERVA 級 NTP 概念相當的推力水平，但發射時間為 1400-2000 秒。 Gosse 說，結合 NEP 週期，食慾會增加更多。

如果使用常規發動機，載人火星任務可持續長達三年。 這些任務將每 26 個月發射一次，當時地球和火星處於最接近的距離（所謂的火星沖日），並且將至少花費六到九個月的時間在途中。

45 天（六個半星期）的過境會將總任務時間從數年縮短至數月。 這將大大降低與火星任務相關的主要風險，包括輻射暴露、微重力時間以及相關的健康問題。

除了發電廠之外，還有新的反應堆設計提案，可以為太陽能和風能並不總是可用的長期地面任務提供穩定的電力供應。

例子包括美國宇航局的千瓦反應堆使用斯特林技術 (KRUSTY) 和裂變/聚變混合反應堆被選為美國國家航空航天局在 NAIC 2023 計劃下的第一階段開發。這些和其他核技術有一天可能會實現載人火星和深空其他地方的任務，也許比我們想像的要早！

也很有趣：

• 為什麼美國宇航局稱金星為地球的“邪惡雙胞胎”？
• 美國宇航局的韋伯望遠鏡發現了它的第一顆系外行星