太阳系是一个非常大的地方，用传统的化学火箭从一个世界飞到另一个世界需要很长时间。但是，上世纪60年代发展起来的一项技术可能会提供一种大幅缩短我们旅行时间的方法：核火箭。当然，发射由放射性物质驱动的火箭也有其自身的风险。我们应该尝试一下吗？
假设你想用化学火箭访问火星。你会从地球上发射进入近地轨道。然后，在正确的时刻，发射火箭，经过8个月的飞行，所追踪的新的椭圆轨道与火星相交。
这就是所谓的霍曼转移，这是我们知道的最有效的太空旅行方式，使用最少的推进剂和最大的有效载荷。当然，问题在于所需的时间。在整个旅程中，宇航员将消耗食物、水、空气，并暴露在深空的长期辐射中。然后，返回任务使对资源的需求加倍，辐射负荷加倍。
艺术家的插图发射的太空发射系统，这将最终是有史以来最强大的火箭建成。我们需要加快速度。事实证明，近50年来，NASA一直在思考化学火箭之后会发生什么—核热火箭。它们确实加快了旅程，但它们也有自己的风险，这就是为什么你没有看到它们。但也许他们的时间到了。年，美国宇航局和原子能委员会共同研究了核动力推进(NTP)的概念。这是由沃纳·冯·布劳恩开创的，他希望人类任务能在20世纪80年代借助核火箭的机翼飞向火星。但这并没有发生。但他们确实进行了一些成功的核动力测试，并证明了这是可行的。
艺术家的概念，一个双峰核热火箭在近地轨道。而化学火箭的工作原理是点燃某种可燃化学物质，然后将废气从喷嘴中挤出。多亏了牛顿第三定律，你知道，对于每一个作用力都有一个相等的和相反的反应，火箭会受到来自排出气体的反方向推力。
核火箭的工作原理与此类似。一个大理石大小的铀燃料球经历裂变过程，释放出大量的热量。这会把一个氢加热到摄氏度，然后以很高的速度从火箭尾部排出。非常非常高的速度，使火箭的推进效率是化学火箭的两到三倍。还记得我提到的化学火箭的8个月到达火星吗？一枚核动力火箭可以将前往火星的时间缩短一半，甚至天。这意味着宇航员消耗的资源更少，辐射负荷也更低。
还有一个很大的好处。当地球和火星没有完全对齐时，核火箭的推力可以让任务顺利进行。如果错过了，那将必须再等两年，但是一枚核火箭可以给你推力来处理航班延误。年，洛斯阿拉莫斯科学实验室的“漫游者”项目启动了首次核火箭试验。关键的进展是将反应堆小型化，使其能够安装在火箭上。在接下来的几年里，工程师们建造并测试了十几个不同大小和功率输出的反应堆。
随着“漫游者”计划的成功，美国国家航空和宇宙航行局(NASA)将目光投向人类前往火星的任务，这些任务将追随阿波罗登月器(Apollo着陆器)登上月球。由于距离和飞行时间，他们决定核火箭将是使任务更有能力的关键。当然，核火箭也并非没有风险。飞船上的一个反应堆对宇航员来说是一个很小的辐射源，这将被减少的飞行时间所抵消。深空本身就是一个巨大的辐射危害，持续不断的银河宇宙辐射会破坏宇航员的DNA。20世纪60年代末，美国国家航空航天局(NASA)建立了火箭运载器应用核发动机项目，开发将成为载人火星核火箭的技术。
美国航空航天局设计的用于火箭运载火箭应用的核发动机(NERVA)。他们在内华达州沙漠测试了更大、更强大的核火箭，将高速氢气直接排放到大气中。当时的环境法要宽松得多。第一个神经NRX最终进行了近两个小时的测试，28分钟处于全功率状态。第二个引擎启动了28次，运行了分钟。到最后，他们测试了有史以来建造的最强大的核反应堆，菲布斯-2a反应堆，能够产生兆瓦的电力。插入12分钟。尽管各种组件从未真正组装成可飞行的火箭，但工程师们对核火箭能够满足飞往火星的需要感到满意。但后来，美国决定不再去火星。他们想要的是航天飞机。
亚特兰蒂斯号航天飞机在清晨返回佛罗里达州肯尼迪航天中心时结束了航天飞机计划。该项目在年被关闭，从那以后没有人测试过核火箭。但是，最近的技术进步使核能热推进更具吸引力。早在20世纪60年代，他们唯一可以使用的燃料来源就是高浓缩铀。但是现在工程师们认为他们可以用低浓缩铀来解决问题。这将更安全的工作，并将允许更多的火箭设施运行测试。它也将更容易捕获废气中的放射性粒子，并妥善处理它们。这将降低使用该技术的总体成本。
年5月22日，美国国会批准了1.25亿美元的资金用于发展核动力火箭。虽然这个项目没有任何作用在年美国宇航局的阿尔忒弥斯重返月球，它——引用——“吁请美国宇航局开发一个多年计划，使核热推进示范包括时间与空间相关的示范和描述未来的任务和推进，电力系统启用这个功能。”核裂变是利用原子能量的一种方法。当然，它需要浓缩铀并产生有毒的放射性废物。氢原子被压缩成氦，释放能量？
我们的太阳是一颗有50亿年历史的恒星。它含有比氢和氦更重的元素，包括氧、碳、氖和铁，尽管比例很小。由于太阳巨大的质量和核心温度，它已经成功地实现了核聚变，但我们这些弱小的人类一直无法实现可持续的、正能量的核聚变。像欧洲ITER这样的大型实验有望在未来十年左右的时间里维持聚变能源。在那之后，你可以想象核聚变反应堆被小型化到它们可以在核火箭中起到和裂变反应堆一样的作用。但是即使你不能让聚变反应堆达到净能量为正的程度，它们仍然可以为质量提供巨大的加速度。
在欧洲建造ITER核聚变设施。也许我们不需要等上几十年。普林斯顿等离子体物理实验室的一个研究小组正在研究一个名为直接聚变驱动的概念。它是基于年由SamuelCohen开发的普林斯顿场反向结构聚变反应堆。热等离子体氦-3和氘是包含在一个磁性容器。氦-3在地球上是稀有的，而且很有价值，因为与它的聚变反应不会产生与其他聚变或裂变反应堆相同数量的危险辐射或核废料。
普林斯顿卫星系统概念聚变火箭的图片说明。与裂变火箭一样，聚变火箭将推进剂加热到高温，然后将其从背面爆炸，产生推力。它的工作原理是把一堆线性磁铁排列起来，这些磁铁包含并旋转非常热的等离子体。等离子体周围的天线被调谐到离子的特定频率，并在等离子体中产生电流。它们的能量被激发到原子融合的程度，释放出新的粒子。这些粒子在安全壳内游荡，直到被磁力线捕获，并在火箭尾部加速。
理论上，聚变火箭每兆瓦能提供2.5到5牛顿的推力，比冲为1万秒——记住，裂变火箭的推力为牛顿，化学火箭的推力为牛顿。它还将为远离太阳的宇宙飞船提供电能，因为太阳电池板效率不高。直接核聚变驱动将能够在2年内完成10吨的土星任务，或者在4年内完成1吨的从地球到冥王星的宇宙飞船任务。新视野号需要近10艘。
由于它也是一个1兆瓦的聚变反应堆，它也将为飞船到达时的所有仪器提供电力。远远超过目前像旅行者号和新视野号这样的深空任务所携带的核电池。想象一下，有了这项技术，什么样的星际任务也会被提上日程。普林斯顿卫星系统并不是唯一一个研究这种系统的小组。应用聚变系统已经为一种核聚变发动机申请了专利，该发动机可以为航天器提供推力。
我知道NASA几十年前就开始认真测试核火箭来缩短飞行时间，但现在看来这项技术又回来了。在接下来的几年里，我希望看到新的硬件，以及新的核动力推进系统测试。我对核聚变将我们带到其他世界的可能性感到非常兴奋。