隨著載人航天技術(shù)不斷進步，登上外星球，創(chuàng)建新家園，成為人類宏大的未來目標。其中，火星作為太陽系中與地球最相似的行星，有幸成為人類移民外星球事業(yè)的首選地之一。
然而，建立火星家園面臨著重重挑戰(zhàn)。比如，航天器采用傳統(tǒng)化學(xué)能火箭發(fā)動機，執(zhí)行地火往返任務(wù)至少需要2年多，而在沒有大氣層削弱輻射的太空中飛行時間越長，可能遭遇的故障就越多，人員面臨傷病乃至生命危險的隱患也越大。因此，載人探火任務(wù)要求盡量縮短飛行時間，有必要創(chuàng)新航天動力技術(shù)。
近日，美國宇航局和美國國防先進研究計劃局宣布，將合作研發(fā)核動力火箭發(fā)動機，爭取2027年在軌驗證技術(shù)。這項技術(shù)有望顯著縮短航天員往返深空任務(wù)用時，將為執(zhí)行載人火星探索任務(wù)奠定基礎(chǔ)。
美國媒體公布的“敏捷登月行動示范火箭”項目下的核火箭想象圖。
總體上講，核動力火箭在動力輸出功率上，或者在續(xù)航力方面，對比傳統(tǒng)的化學(xué)能火箭，預(yù)計具備無可比擬的優(yōu)勢。
在所有論證的未來火箭動力方案中，核動力火箭優(yōu)勢鮮明，有望縮短航天器飛行時間，減少航天員在失重狀態(tài)和宇宙輻射下的危險暴露，更有利于保持健康，還有望簡化航天器生命保障系統(tǒng)的設(shè)計，降低負荷和系統(tǒng)復(fù)雜度，從而提升可靠性。
此外，核動力火箭的持續(xù)工作能力強，任務(wù)適應(yīng)性更好，便于調(diào)整啟動狀態(tài)。如果任務(wù)臨時中止，它有望在太空中航行一段時間后不補充燃料而安全返回地球。未來從火星等外星球上起飛時，核動力火箭有望簡化操作，更可靠地踏上歸途。
不過，核動力火箭不能一概而論。根據(jù)核能釋放方式的不同，核動力火箭可分為3種：放射性同位素衰變型、核裂變型和核聚變型。
其中，放射性同位素衰變火箭發(fā)動機的工作原理是，將放射性同位素衰變所產(chǎn)生的射線輻射轉(zhuǎn)變成熱能，加熱工質(zhì)，形成推力。研究認為，它能夠在持續(xù)數(shù)月的任務(wù)中不斷產(chǎn)生微小推力，但不宜充當(dāng)載人火星探測任務(wù)的主動力裝置。
核動力火箭想象圖
核聚變火箭發(fā)動機最令相關(guān)領(lǐng)域科研人員神往，其工作原理是利用較輕的原子核聚合成較重的原子核，在這種熱核反應(yīng)的過程中釋放出驚人的能量?？上Ш司圩兛刂齐y題尚未被攻克，高能激光點火技術(shù)仍不夠可靠，所以這種發(fā)動機仍處于理論研究階段，多見于科幻作品中。
目前，美國重點研制的核動力火箭基于核裂變工作原理，又稱核熱火箭，可以簡單地理解為核電站“上天”，同樣消耗核燃料。啟動后，工質(zhì)氣體流經(jīng)核反應(yīng)堆，吸收熱量，再從噴管加速噴出，產(chǎn)生推力。未來，核裂變火箭發(fā)動機或許能使產(chǎn)物呈現(xiàn)出等離子狀態(tài)，工質(zhì)氣體被加熱后高速噴出，產(chǎn)生更可觀的推力或比沖。
使用核動力火箭不代表著載人探火任務(wù)“高枕無憂”，反而需要解決新問題。比如，隨著航天員及其生活用品、工作設(shè)備增加，航天器會顯著增重，必然對核動力火箭發(fā)動機的推力提出更高的要求。
同時，核動力固有的安全隱患必須引起高度重視，特別是核輻射對航天員健康的威脅。據(jù)悉，新一代核動力火箭方案在核輻射安全方面已經(jīng)取得了突破性進展。
暢想不久的將來，核動力火箭有望實用化，移民火星將不再是夢想，而是人類航天探索史上的關(guān)鍵飛躍。（作者：喻海川）
