在美國國家航空航天局(NASA)的贊助下，美國國家科學院于2月12日發布《用于火星探索的太空核推進》的研究報告。報告稱，若NASA希望在未來二十年內實現載人探索火星，那么就應該尋求“積極”研發太空核推進技術，這樣可以極大減少前往火星的時間;不過在此之前，核熱推進(NTP)和核電推進(NEP)都必須克服目前存在的重大障礙。

1. 火星探索任務需求

目前的火星探索計劃是2033年進行無人火星任務，2039年執行載人火星探索任務。任務需求包括：前往火星217天、停留30天、返程403天，總耗時650天;航天員4人，2人在火星軌道，2人登陸火星。委員會主要評估了兩種核推進系統：旨在產生至少900秒比沖的核熱推進系統;至少具有1兆瓦電功率、質量功率比大大低于當前技術水平的核電推進系統;評估內容包括技術現狀、潛在發展路徑和主要風險等。噴氣推進實驗室行星科學主任、報告撰寫委員會共同主席鮑比·布勞恩稱，“太空核推進技術顯示出巨大的潛力，可以促進人類對火星的探索;但NASA及其合作伙伴要在規定的時限內完成這項任務，就需要大幅加快技術成熟的步伐。”

2. 核熱推進與核電推進

2.1 核熱推進(NTP)

在這兩種技術中，該報告對NTP更樂觀。通過上世紀的Rover/NERVA等計劃，NASA已經通過地面測試驗證了NTP使用石墨基高濃縮鈾燃料的可行性，部分反應堆還與NTP發動機硬件實現集成。但NASA并沒有繼續NTP研究，幾乎仍停留在50年前的技術水平。目前NTP的發展面臨著四大挑戰，包括：推進劑在反應堆出口處加熱到約2700K溫度，并產生至少900秒的比沖;將液氫長時間存儲在空間且損失最少;缺乏足夠的地面測試設施;1分鐘內使NTP達到工作溫度。

NASA若采取更加積極的研發步驟，在2039年前是可以研發出可實用的NTP系統，用于載人火星探索任務。

2.2 核電推進(NEP)

自20世紀50年代末以來，美國已經開展了多項NEP計劃，包括核輔助動力系統(SNAP)、SP-100太空動力反應堆、太空探索倡議以及“木星冰月軌道器”(JIMO)等，SNAP-10A核反應堆是美國發射的唯一一個反應堆，以0.5千瓦電的功率水平在軌運行43天;2003年，NASA曾啟動JIMO計劃，希望研發200千瓦電功率的NEP，但隨后于2005年被中止。此外，NASA未在進行NEP技術的研發。

報告認為，與NTP相比，NEP技術更加不成熟，且無法單獨使用，必須與化學推進協同工作，系統復雜性大大提高。若用于2039年的載人火星任務，NEP的功率應達到1兆瓦千瓦電，目前的技術差距過大;即使采用更加積極的步驟，2039年前NEP技術也無法用于火星探索任務，但NASA還應該繼續加強NEP系統的技術開發，提高每個NEP子系統的運行功率，并開發與NEP系統兼容的化學推進系統。

3. 核電源與核推進優先權的選擇

NASA一直在努力平衡核電源和核推進系統的發展。除了NTP和NEP以外，NASA還一直在研究用于月球表面的裂變反應堆電源系統如Kilopower計劃，該系統將在月球或火星表面提供動力，輸出功率為7至10千瓦。由于在“阿爾忒彌斯”計劃中需要核反應堆電源，而不需要核推進系統，因此NASA一直試圖推進Kilopower的相關工作。但國會并沒有忽視NTP系統的發展，在《2021財年NASA撥款法》中，為11億美元的太空技術資金中劃出1.1億美元用于NTP開發，其中8000萬美元用于“設計可進行飛行演示的試驗系統”，但NASA尚未宣布NTP系統的飛行演示計劃。

在2021年1月27日舉行的NASA顧問委員會技術委員會會議上，委員曾建議NASA將表面裂變電源的優先級高于NTP，因為更加適用于“阿爾忒彌斯”計劃。NASA負責太空技術的副局長吉姆·魯特表示完全同意國家科學院與國會的建議，表示由于資金的緣故，NASA正在積極進行NTP技術開發的招標，并將地面核電源的計劃推遲到本財年晚些時候進行，“NASA和國防部對于NTP都有很高的興趣，這是一項非常好的技術。”

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