NASA科學(xué)任務(wù)理事會(huì)副主管、物理學(xué)家、已退役宇航員約翰·麥斯·格倫斯菲爾德表示，研制采用核聚變動(dòng)力系統(tǒng)的火箭勢(shì)在必行。傳統(tǒng)的化學(xué)能火箭已不能滿足星際旅行的需求，即使是僅在太陽(yáng)系內(nèi)進(jìn)行星際飛行。以1997年10月發(fā)射的“卡西尼—惠更斯”號(hào)為例，其主要任務(wù)是對(duì)土星進(jìn)行空間探測(cè)，然而直到2004年7月卡西尼號(hào)探測(cè)器才進(jìn)入土星軌道。
據(jù)了解，核聚變動(dòng)力系統(tǒng)可以為火箭提供更快的速度和更強(qiáng)的能源，也可以解決登錄其他行星時(shí)遇到的能源短缺問(wèn)題。未來(lái)，這種火箭將極大縮短星際飛行的時(shí)間，為人類充分探索和利用太陽(yáng)系開(kāi)辟新的道路。
NASA目前正在攻關(guān)核聚變動(dòng)力系統(tǒng)，該技術(shù)將是下一個(gè)重大科技飛躍。格倫斯菲爾德說(shuō)：“可以想象，如果我們能在一兩個(gè)月內(nèi)就前往土星，那將是多么美妙的情景。”
從技術(shù)層面分析，傳統(tǒng)化學(xué)能火箭動(dòng)力系統(tǒng)使用的燃料分為固態(tài)和液態(tài)。固態(tài)燃料的特點(diǎn)是：維護(hù)簡(jiǎn)單、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較輕便、適合于質(zhì)量較小的推力要求，目前廣泛用于中小型火箭發(fā)射。液態(tài)燃料的特點(diǎn)是：可快速反應(yīng)釋放強(qiáng)大能量、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、加注燃料和維護(hù)更換具有一定危險(xiǎn)性。主要適用于大型火箭，其比沖（火箭發(fā)動(dòng)機(jī)單位重量推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量）明顯優(yōu)于固態(tài)燃料，例如航天飛機(jī)使用的液態(tài)氫和液態(tài)氧。
我國(guó)在6月11日成功發(fā)射的神舟十號(hào)飛船，通過(guò)長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭（CZ-2F）點(diǎn)火起飛，該火箭就是典型的液態(tài)燃料火箭，四個(gè)捆綁式助推器、芯一級(jí)和芯二級(jí)都采用了液態(tài)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
此外，還有一些運(yùn)載火箭使用了固液混合發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)。例如由歐洲航天局（ESA）及國(guó)家中央發(fā)射場(chǎng)（CNES）聯(lián)合建造的最新型一次性運(yùn)載火箭——阿麗亞娜5型火箭（Ariane 5）ES型就使用了混合動(dòng)力，其低溫主引擎分別裝載液態(tài)氧和液態(tài)氫，還擁有兩枚固態(tài)助推火箭。
NASA的專家指出，現(xiàn)有的火箭動(dòng)力技術(shù)可以讓人類抵達(dá)遙遠(yuǎn)的太陽(yáng)系邊緣，但時(shí)間成本很高。例如往返火星的探索之旅，在NASA的探索計(jì)劃中時(shí)間點(diǎn)預(yù)估為2030年中段，需要耗費(fèi)大約500天。如果可以加快火箭的飛行速度，并配以有效的減速發(fā)動(dòng)機(jī)，就可以減少宇航員在太空飛行中受到的輻射劑量，縮短后的旅程同時(shí)可以節(jié)省很多生活及能源消耗。
目前，美國(guó)宇航局先進(jìn)概念研究所已經(jīng)提出了幾種核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)華盛頓大學(xué)的計(jì)算分析，使用核聚變技術(shù)可大大縮短火星之旅的時(shí)間，我們也許只需要一個(gè)月不到的時(shí)間就可以將宇航員送上火星。
全世界的空間技術(shù)研究機(jī)構(gòu)始終在探索更加先進(jìn)的宇宙飛船動(dòng)力技術(shù)，其中有很多尚存于科幻故事中：“曲速推進(jìn)”發(fā)動(dòng)機(jī)、物質(zhì)和反物質(zhì)動(dòng)力系統(tǒng)等。盡管這些技術(shù)對(duì)于現(xiàn)有的航天科技而言還顯得遙不可及，但在不斷的探索過(guò)程中勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)重大的發(fā)現(xiàn)。由NASA和日本空間研究機(jī)構(gòu)測(cè)試的空間太陽(yáng)帆技術(shù)似乎是目前最容易實(shí)現(xiàn)的一種動(dòng)力系統(tǒng)，但以空間太陽(yáng)帆為動(dòng)力的飛船只適合超遠(yuǎn)距離的空間飛行，因?yàn)槠浼铀龠^(guò)程較為緩慢。
科學(xué)家普遍認(rèn)為，核動(dòng)力系統(tǒng)是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)完全可以實(shí)現(xiàn)的新型太空動(dòng)力，然而過(guò)去幾十年內(nèi)，全世界的科學(xué)家投入了大量資金研發(fā)可控核聚變技術(shù)，但目前還沒(méi)有成熟的可控核聚變反應(yīng)堆，更不用說(shuō)短期內(nèi)作為宇宙飛船的動(dòng)力系統(tǒng)，該技術(shù)還需要很長(zhǎng)的路要走。格倫斯菲爾德認(rèn)為，核聚變技術(shù)是未來(lái)三十年內(nèi)急需有所突破的宇航動(dòng)力技術(shù)，人類要想進(jìn)入更遙遠(yuǎn)的宇宙深空，動(dòng)力系統(tǒng)需要進(jìn)行革命性的突破，地球上的可控核聚變研究應(yīng)加快腳步，然后開(kāi)始測(cè)試空間核聚變動(dòng)力。
在此之前，使用核裂變技術(shù)研發(fā)動(dòng)力系統(tǒng)或許是另一條途徑。早在1946年，NASA與美國(guó)空軍聯(lián)合開(kāi)展的火箭飛行用核發(fā)動(dòng)機(jī)（NERVA）計(jì)劃及漫游者（Rover）計(jì)劃，試圖打造出核動(dòng)力推進(jìn)技術(shù)。NERVA包括反應(yīng)器、渦輪泵以及推進(jìn)劑存儲(chǔ)設(shè)備等。而前蘇聯(lián)的科學(xué)家在上世紀(jì)50年代，曾計(jì)劃在飛行器上安裝四臺(tái)核動(dòng)力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。這些核動(dòng)力技術(shù)都基于核裂變技術(shù)，在這方面全世界已經(jīng)擁有較為成熟的應(yīng)用技術(shù)。
據(jù)了解，常見(jiàn)的使用核裂變技術(shù)的火箭動(dòng)力系統(tǒng)包括核脈沖火箭、核電火箭、核熱力火箭以及核沖壓火箭等。以核熱力火箭為例，其把工作流體，如氫在核反應(yīng)堆中加熱，接著從火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中噴出產(chǎn)生推力的熱力。經(jīng)過(guò)NERVA計(jì)劃驗(yàn)證，其反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)比常見(jiàn)的核電站規(guī)模要小很多，但鈾—235的純度要求更高，達(dá)到90%以上，在高比沖要求下，發(fā)動(dòng)機(jī)核心溫度將達(dá)到3000K左右，需要耐高溫性能極佳的材料。此外，核動(dòng)力技術(shù)用于太空環(huán)境時(shí)，也會(huì)面臨核輻射的危險(xiǎn)。如果可以克服這些難題，那么在核聚變動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的當(dāng)下，核裂變動(dòng)力技術(shù)也可以滿足太陽(yáng)系內(nèi)的星際探索，甚至可進(jìn)行無(wú)人飛船的恒星間旅行。
（來(lái)源：太空網(wǎng)space.com，內(nèi)容有刪節(jié)）
