國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)“用于空間的原子：用于空間探索的核系統(tǒng)”的專家一致認(rèn)為，核技術(shù)將繼續(xù)在未來的太空任務(wù)中發(fā)揮重要作用。2 月 15 日至 16 日，來自 66 個(gè)國家的 500 多人參加了網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)。來自公共和私營部門的專家得出的結(jié)論是，隨著核能和相關(guān)技術(shù)有望使行星際任務(wù)更快、更高效和更經(jīng)濟(jì)，人類已準(zhǔn)備好開啟前往火星、我們的太陽系及其他地方的太空旅行的新時(shí)代。

他們一致認(rèn)為，核裂變和聚變方面的進(jìn)步對(duì)于深空旅行是必不可少的，并強(qiáng)調(diào)核能還可以為機(jī)載系統(tǒng)和儀器提供電力，并為人類在太陽系天體上的持續(xù)存在提供動(dòng)力。

“核技術(shù)長期以來在重要的太空任務(wù)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，”國際原子能機(jī)構(gòu)副總干事兼核能司司長米哈伊爾·丘達(dá)科夫說。“但未來的任務(wù)可能會(huì)依賴核動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行更廣泛的應(yīng)用。我們通往恒星的道路貫穿原子。”

在可預(yù)見的未來，火箭將依賴化學(xué)燃料，但一旦進(jìn)入軌道，核發(fā)動(dòng)機(jī)就可以提供推進(jìn)力。

NASA 前首席項(xiàng)目工程師威廉·埃姆里奇 (William Emrich) 說：“幾乎可以肯定，未來的載人行星際任務(wù)將需要性能水平大大超過當(dāng)今最好的化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)，并補(bǔ)充說，用于太空旅行的可靠候選者是核能。熱推進(jìn)(NTP)。

在 NTP 中，核裂變反應(yīng)堆加熱液體推進(jìn)劑，例如氫氣，并將液體轉(zhuǎn)化為氣體，氣體通過噴嘴膨脹以提供推力并推動(dòng)航天器。使用 NTP 太空飛行需要將更少的燃料送入太空，而 NTP 引擎將減少旅行時(shí)間——與傳統(tǒng)化學(xué)火箭相比，前往火星的旅行時(shí)間最多可縮短 25%。這也減少了宇航員暴露于宇宙輻射的機(jī)會(huì)。

另一種選擇是核電推進(jìn) (NEP)，其中推力是通過將核反應(yīng)堆的熱能轉(zhuǎn)化為電能來提供的，從而無需在船上儲(chǔ)存推進(jìn)劑。在 NEP 中，推力較低但持續(xù)，燃料效率要高得多，從而導(dǎo)致更高的速度，并可能減少超過 60% 的前往火星的運(yùn)輸時(shí)間。

“對(duì)于需要高電力輸出的太空任務(wù)，例如載人火星任務(wù)或太空渡輪，基于裂變反應(yīng)堆的電力系統(tǒng)可能是一個(gè)非常有競爭力的選擇，”北京航天器系統(tǒng)工程研究所的杜輝說，引用了中國空間技術(shù)研究院 2015 年的研究發(fā)現(xiàn)，如果沒有空間核反應(yīng)堆，載人火星任務(wù)將是不可行的。

Ad Astra Rocket 公司正在開發(fā)的 NEP 系統(tǒng)，即可變比沖磁等離子體火箭 (VASIMR)，是一種等離子體火箭，其中電場加熱并加速推進(jìn)劑，形成等離子體，磁場將等離子體引導(dǎo)到正確的方向，如它從發(fā)動(dòng)機(jī)中彈出，為航天器產(chǎn)生推力。與傳統(tǒng)的 NEP 不同，VASIMR 設(shè)計(jì)將能夠處理大量動(dòng)力，同時(shí)保持電動(dòng)火箭的高燃油效率。

Ad Astra Rocket Company 首席執(zhí)行官 Franklin Chang Díaz 表示：“在短期內(nèi)，我們?cè)O(shè)想 VASIMR 發(fā)動(dòng)機(jī)將支持從地月空間中的太陽能發(fā)電到行星際空間中的核電等各種大功率應(yīng)用。” “從長遠(yuǎn)來看，VASIMR 可能是未來仍處于概念階段的聚變火箭的先驅(qū)。”

聚變火箭，如普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)的普林斯頓場反向配置反應(yīng)堆概念，將具有產(chǎn)生直接聚變驅(qū)動(dòng)(DFD)的優(yōu)勢，直接將聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的帶電粒子的能量轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力“DFD 可以產(chǎn)生比其他系統(tǒng)高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的特定功率，減少行程時(shí)間并增加有效載荷，從而使我們能夠更快地到達(dá)深空目的地，”普林斯頓衛(wèi)星系統(tǒng)副總裁斯蒂芬妮托馬斯說。她還解釋說，DFD 可能具有體積小和需要很少燃料的優(yōu)點(diǎn)——幾公斤的重量可以為航天器提供 10 年的動(dòng)力。DFD 系統(tǒng)也可以同時(shí)提供電力。

核反應(yīng)堆還可用于為宇航員提供表面動(dòng)力，以進(jìn)行擴(kuò)展探索任務(wù)，并可能在其他行星體上持續(xù)存在人類，提供數(shù)十年的動(dòng)力而無需加油。裂變表面動(dòng)力反應(yīng)堆設(shè)計(jì)是微型反應(yīng)堆，可以提供數(shù)十千瓦范圍內(nèi)的電力，持續(xù)一到幾十年。目前的重點(diǎn)是使用低濃鈾燃料或高含量低濃鈾燃料。

“NASA 的優(yōu)先重點(diǎn)仍然是設(shè)計(jì)、建造和演示低濃鈾裂變表面動(dòng)力系統(tǒng)，該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于月球表面計(jì)劃以及我們最終與人類一起前往火星的任務(wù)，可擴(kuò)展到 100 kWe 以上的功率水平，并且具有NASA 空間核技術(shù)組合經(jīng)理 Anthony Calomino 說：“使用核裂變反應(yīng)堆進(jìn)行多年連續(xù)的連鎖反應(yīng)，對(duì)于空間推進(jìn)和地外表面動(dòng)力來說都是不可避免的。”通用原子全球公司首席執(zhí)行官 Vivek Lall。

宇宙飛船還需要電力來維持生命支持系統(tǒng)、通信和其他硬件。放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī) (RTG) 已經(jīng)為遠(yuǎn)離太陽的航海者號(hào)宇宙飛船提供了數(shù)十年的動(dòng)力，它有可能在硬空間的寒冷溫度下為未來的航天器機(jī)載系統(tǒng)提供長期的熱量和電力，而無需任何維護(hù)。