太空旅行的下一个时代应该包括核动力火箭

  在NASA和Elon Musk的脑海中，有了火星的梦想，远距离载人航天任务马上就要来临。但是，您可能会惊讶地发现现代火箭的前进速度并没有过去的那么快。

  有很多理由认为，更快的太空船是更好的，而核动力火箭就是做到这一点的一种方法。与传统的燃料燃烧火箭或现代太阳能电火箭相比，它们具有许多优势，但是在过去的40年中，美国只有八次运载核反应堆的太空发射。

  太空旅行的第一步涉及使用发射火箭使飞船进入轨道。这些是人们想到的火箭发射时想象的大型燃油发动机，由于重力的限制，在可预见的将来不太可能消失。

  一旦船到达太空，事情就会变得有趣。为了逃避地球引力并到达深空目的地，船舶需要额外的加速度。这就是核系统发挥作用的地方。如果宇航员想探索比月球甚至火星更远的东西，他们将需要非常非常快地前进。空间巨大，一切都遥不可及。

  前往火星旅行的宇航员将受到非常高的辐射水平，这可能会引起严重的长期健康问题，例如癌症和不育症。辐射屏蔽能够给大家提供帮助，但是它非常重，并且任务时间越长，需要的屏蔽就越多。减少辐射照射的更好方法是简单地抵达目的地。但是人身安全并不是唯一的好处。随着太空机构进一步深入太空，重要的是尽快从无人飞行任务中获取数据。Voyager-2花了12年才到达海王星，在那里飞行时拍下了一些令人难以置信的照片。如果旅行者2号拥有更快的推进系统，那么天文学家本可以早些年获得这些照片和其中包含的信息。

  当今系统一旦船舶逃脱了地球的重力，在比较任何推进系统时，需要仔细考虑三个重要方面：

  如今，最常用的推进系统是化学推进系统（即常规燃料燃烧火箭）和太阳能电力推进系统。

  化学推进系统提供很大的推力，但是化学火箭并不是特别有效，火箭燃料的单位体积内的包含的能量也不高。将宇航员带到月球的土星五号火箭在升空时产生了3500万牛顿的力，运载了95万加仑的燃料。尽管大部分燃料用于使火箭进入轨道，但其局限性显而易见：要到达任何地方都需要大量重燃料。

  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供电，其质量效率比化学系统高五倍以上。但是它们产生的推力要小得多- 约为3牛顿，或者仅足以使汽车在大约两个半小时内从0 mph加速到60 mph。能源-太阳-本质上是无限的，但离船越远，太阳的作用就越小。

  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单位体积内的包含的能量。核反应堆中使用的铀燃料的单位体积内的包含的能量比肼（一种典型的化学火箭推进剂）高400万倍。与成千上万加仑的燃料相比，将少量铀送入太空要容易得多。

  第一种称为核热推进。这些系统功能强大且效率适中。他们使用小型核裂变反应堆（类似于在核潜艇中发现的核裂变反应堆）加热诸如氢气之类的气体，然后气体通过火箭喷嘴加速以提供推力。美国宇航局的工程师估计，由核热推进技术驱动的火星飞行任务比化学动力火箭飞行的任务要短20％-25％。

  核热推进系统的效率是化学推进系统的两倍以上，这在某种程度上预示着它们在使用相同量的推进剂时产生的推力是其两倍，并能提供100,000牛顿的推力。这足以在大约四分之一秒的时间内使汽车从0英里每小时加速到60英里每小时。

  第二个基于核的火箭系统称为核电推进。尚未建立核电系统，但其想法是使用大功率裂变反应堆发电，然后为诸如霍尔推进器之类的电力推进系统提供动力。这将非常有效，大约是核热推进系统的三倍。由于核反应堆可以产生大量功率，因此可以同时操作许多单独的电动推进器以产生大量推力。

  核电系统将是不需要超长距离飞行任务的最佳选择，因为它们不需要太阳能，效率很高并且能够给大家提供相对较高的推力。但是，尽管核电火箭极有希望，但在投入到正常的使用中之前，仍有许多技术问题是需要解决。

  自1960年代以来就对核热推进系统来进行了研究，但尚未在太空飞行。在停滞了60年之后，核动力火箭有可能是在十年之内飞向太空。这一激动人心的成就将开启太空探索的新纪元。人们将前往火星，科学将在我们整个太阳系内外进行新发现。