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载荷增加三倍,前往火星时间缩短四分之一,火箭为何不用核动力?

光速 2026-04-13 菜科探索 +
简介:

【菜科解读】

美国宇航局将完成火星探索寄希望于核动力火箭,也就是应用核热推进系统将宇航员送入太空,与当今的顶级火箭技术相比,核动力可以显著缩短飞行时间并携带更大的有效载荷,从而为人类探索太空提供更好的支持和保障。

核动力火箭概念

核动力火箭依靠核反应产生的热量飞行,而核反应产生的热量取代了化学火箭中推进剂的化学能。

在核热推进系统中,液态氢在核反应堆中被加热到高温,然后通过火箭喷嘴膨胀以产生推力。

考虑到外部核热源理论,预计其有效载荷能力将增加一倍或三倍。

最早的核动力火箭地面测试发生在1955年,并持续到了1973年,之后由于各种原因,包括专注于航天飞机的开发而暂停。

尽管如此,美国仍然已经建造并测试了十多个不同功率输出的反应堆,但截至2023年,还没有核热火箭成功升空。

早期的时候,核动力推进的所有应用都依赖于裂变过程,但2010年代的研究已转向聚变方法,普林斯顿等离子体物理实验室的直接聚变驱动项目就是这样的一个例子。

尽管在实际操作上仍有难度,但是美国已经批准了1.25亿美元的研发资金用于研究新技术。

这种火箭的主要应用领域是火星探索,因为对于太空飞行来说,人类最需要克服的一个问题就是飞行时间,而缩减飞行时间可以有效降低宇航员暴露在太空辐射中的风险。

减少运输时间是人类完成火星任务的一个关键指标,因为更长的旅行需要更多的补给和更强大的保护系统。

核热推进系统的优势

核动力火箭内部的工作原理是核热推进系统,火箭中的裂变反应堆会产生热量以使液体推进剂膨胀,液体推进剂接着会从喷嘴喷出以推动航天器。

其能量密度比常见化学火箭更高,效率则是化学火箭的两倍。

工程师将这种性能衡量为比冲量,即从特定量的推进剂中可以获得的推力。

之所以有着更高的效率,是因为较轻的气体更容易加速。

当化学火箭燃烧时,它们会产生水蒸气,这是一种比核热推进系统中使用的氢气重得多的副产品。

水蒸气会拉低化学火箭的效率,而用了核动力的火箭则可以以更少的燃料行驶更远的距离。

需要注意的是,核热系统并不是在地面上开始使用的,该系统的设计目的不是产生离开地球表面所需的推力,而是为深空任务提供更大的灵活性。

核热推进系统可以将前往火星的旅行时间缩短高达四分之一,更重要的是,可以限制机组人员接触宇宙辐射的机会。

它还可以实现更广泛的发射窗口,不依赖于轨道对准,并允许宇航员在必要时中止任务并返回地球。

核动力火箭为何迟迟不成功?

与大多数新技术和新能源一样,成功与否都关乎着风险和成本的问题。

如果核动力更便宜,或者风险更低,而且风险更低的同时成本没有显着增加,这种方案就会被选择,否则就会是一个很难做的决定。

核动力火箭的推进系统其实与地面发电厂有些相似,也就是说,首先裂变反应堆为电动推进器发电,该能量使气体推进剂中的离子带正电,然后电场、磁场或静电场加速离子,最后加速的离子通过推进器被推出,推进航天器。

在核热推进系统中,反应堆更像是一个热交换器,其中液态氢等燃料会被加热到非常高的温度,高达2500摄氏度。

这涉及到一个概念,即运载火箭需要遵循脉冲守恒定律,火箭的速度取决于推进剂的质量和速度。

简单来说就是,如果我们想让火箭使用较少的推进剂就能达到更高的速度,那么其周围温度也势必会更高,问题是没有材料可以承受如此高的热量。

除非材料科学有重大突破,否则运载火箭使用核热发动机的优势就无法战胜其劣势。

关于使用核动力,还有一些其他的考量,比如放射性尘埃是否会污染太空,再比如如果发射失败,那么地球上的人类也许会受到核动力的辐射影响。

这并不是一个空穴来风的猜想,即使是普通火箭也经常会爆炸,因为火箭应力会将材料和设计推向极限。

当核反应堆很有可能发生爆炸时,当然没有人希望它们到处乱飞,因为核污染很可能会影响大范围。

这被称为"脱落",脱落是因为反应物质在通过固体核心的核热推进系统时,会在非常高的温度下变得具有侵蚀性,这会导致反应堆堆芯材料的一小部分随着废气排出。

美以伊最新局势一文速览:美军扣押一艘伊朗油轮;

以色列:美倾向于对伊朗重启军事行动;

伊朗:已准备好应对任何军事侵略

美以伊博弈仍在持续。

伊朗外交部副部长加里巴巴迪19日表示,美国将“威胁”冠以“和平契机”之名,伊朗举国上下团结一致,将坚决应对任何形式的军事侵略。

美国总统特朗普当天表示,美国或将再次对伊朗发起“沉重打击”,但是会留出至少两到三天时间,使对话直接进行。

副总统万斯也说,美伊之间的直接谈判已在建立沟通渠道和推动外交进程方面取得“很大进展”,但美方也准备了重启军事行动的“B方案”。

同时,以色列高层评估认为,特朗普政府仍倾向于对伊朗重启军事行动。

特朗普称美方可能再次“沉重打击”伊朗 当地时间5月19日,美国总统特朗普表示,美方可能不得不对伊朗“再予以沉重打击”,目前尚不确定。

央视记者当地时间5月19日获悉,美国总统特朗普已于18日晚召集国家安全团队开会,听取了针对伊朗的军事行动方案简报。

这次会议发生在特朗普下令暂缓对伊发动打击计划后几小时。

据称,此次简报会显示出特朗普“正认真考虑恢复对伊朗军事行动”。

美副总统称美伊谈判进展很大 但美方也预备了“B方案” △5月19日,美国副总统万斯在白宫新闻简报会上 当地时间5月19日,美国副总统万斯在白宫新闻简报会上表示,美国与伊朗之间的直接谈判已在建立沟通渠道和推动外交进程方面取得“很大进展”,但美方也准备了重启军事行动的“B方案”。

美军在印度洋扣押一艘伊朗相关油轮 美国方面19日消息称,据三名美国官员表示,美军18日晚在印度洋扣押一艘与伊朗有关联的油轮。

据悉,这艘油轮因参与运输伊朗石油,已于今年3月遭到美国制裁。

船舶追踪数据显示,它在穿越马六甲海峡后,19日航行至马来西亚以西海域。

消息称,这艘油轮很可能2月在伊朗石油出口枢纽哈尔克岛装载了超过100万桶原油,被扣押时可能正在返回中东地区途中。

五角大楼尚未就上述报道进行回复。

伊朗副外长:伊已准备好应对任何军事侵略 △伊朗外交部副部长加里巴巴迪(资料图) 伊朗外交部副部长加里巴巴迪当地时间19日在其个人社交媒体上表示,伊朗是团结且坚定的,已准备好应对任何军事侵略。

他说,“对我们而言,投降毫无意义;

我们要么取得胜利,要么成为烈士”。

伊朗格什姆岛爆炸声系拆除未爆弹药造成 △伊朗格什姆岛(资料图) 伊朗霍尔木兹甘省副省长19日表示,当天中午,格什姆岛多个地点连续传出爆炸声,引起市民担忧。

这些爆炸声是由专业人员拆除敌方未爆弹药所致。

以色列高层评估认为美方仍倾向对伊重启军事行动 当地时间5月19日晚,据以色列方面消息,尽管美国总统特朗普于前一日宣布取消对伊朗的袭击行动,但以色列高层当晚评估认为,特朗普仍倾向于对伊朗重启军事行动。

△以色列特拉维夫(资料图) 此外,还有以方消息称,以色列和美国对伊朗重启军事行动的联合准备工作已完成,目前正在等待特朗普的决定。

来源:综合自央视新闻客户端、CCTV国际时讯等

特朗普希望“非常迅速”和“体面”结束伊朗战事:伊朗不会拥有核武器,迫切想达成协议

据新华社,美国总统特朗普19日在白宫说,他希望“非常迅速”地结束伊朗战事。

特朗普说:“我们会非常迅速地结束这场战争。

他们(伊朗)不会拥有核武器。

希望我们能以一种非常体面的方式了结此事。

” 特朗普还称,伊朗“迫切希望达成协议,已经厌倦了这场战事”。

过去一段时间,特朗普已多次表示伊朗战事接近结束。

△美国总统特朗普(资料图) 另据央视新闻,当地时间5月19日,美国总统特朗普表示,美方可能不得不对伊朗“再予以一击”,目前尚不确定。

特朗普还说,伊朗正求与美方达成协议。

特朗普当天在白宫东翼宴会厅改建项目施工现场对媒体称,美国已迫使伊朗坐上谈判桌,伊方想要达成协议,“我希望我们不必再采取进一步行动,但我们也可能不得不再给他们一次沉重打击……目前我还不确定,你们很快就会知道”。

特朗普还称,18日那天,“只差一个小时”,他就要下令打击伊朗了,但美国在海湾地区的盟友请求他暂缓实施该计划。

特朗普说,多个海湾国家告知,在巴基斯坦斡旋下旨在达成和平协议的谈判正在取得进展。

他将留出至少两到三天的“有限时间”,让对话能够继续进行。

18日,特朗普在社交平台“真实社交”发文表示,在卡塔尔、沙特阿拉伯、阿联酋领导人请求下,他已下令“明天(19日)”不按原计划对伊朗发动军事打击。

他称,鉴于目前正进行着“严肃的谈判”,且在这些领导人及盟友看来,双方终将达成一项协议。

编辑:叶知秋 审核:凌山 【来源:新华社、央视新闻】

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