美国重启核热推进，太空竞争白热化……
2021-08-13 来源: 全球技术 徐秉君
2021年7月8日，美国米切尔航空航天研究所太空力量优势研究中心太空问题高级研究员克里斯托弗·斯通发表评论文章称，太空战争是“快速和有破坏性”的，必须促使美国太空领导人重新考虑应对这一日益严峻的威胁的方法。
虽然防御地面反卫导弹或在轨武器可能包括大量扩散的小卫星星座或加固卫星本身等方法，但速度和机动性仍将是关键的作战属性。实现这些属性的一种安全、可靠和有效的方法就是美军的太空载具采用核热推进系统。
核热推进
何为核热推进？
所谓核热推进是指利用核裂变能加热工质，再将加热后的高温高压工质定向喷出而获得推力。它通过将热量从核反应堆传递到液体推进剂来工作，热量将液体转化为气体，气体通过发动机喷嘴膨胀，为航天器提供推力。
这种推进方式具有功率高、寿命长、比冲大、不受外界环境影响等特点，在执行长时间深空探测和星际航行任务时具有不可替代的优势。而“核热推进传送器”就是利用“核热推进”方式的核热推进火箭，这种核热推进火箭采用具备及高能量密度的热核反应系统为能量源，根据反应类型又可分为核裂变与核聚变两种方式。
图：美国第一代KIWI-A核热推进火箭样机
值得注意的是，核热推进提供了比传统化学系统高得多的推力和两倍的推进剂效率。基于核热推进（NTP）技术开发的新型高效航天器，不仅可以使从地球到达火星的时间从6个月减至3-4个月，还能减少宇航员在太空中接受的辐射，重要的是能以更少的燃料运送更多的载荷。除此之外，核热推进还可以带来一个额外好处，即反应堆还可以为任务有效载荷供电，大大延长了电池寿命，并消除了对太阳能充电的依赖。
早期研究由于核热推进是一种全新高效的推进方式，因而备受美国重视，并早在冷战时期就在开始秘密研发测试。因此，核热推进并非是一个新概念。资料显示，美国国家航空航天局（NASA）在1959年到1972年之间曾先后进行过23次核热推进反应堆测试，并研制了核动力发动机。但随着1972年美国会放弃登陆火星的计划，这一项目也随之终止。
重启！
近年来，美国又提出重返月球计划，美国国家航空航天局（NASA）又重新将登陆火星列为探索深空目标。因此，美国又将开发包括核热推进在内的新型空间推进技术作为重要选项。
太空机动战
由于核热推进在军事领域具有巨大的潜在价值，尽管由于多种原因，美国一度停止核热推进技术的研发，但是美国专家一直致力于完善这些技术和能力，并在这一领域积累了厚重的技术储备。随着美国太空战略的调整，美国加快了推进太空军事化的进程，客观上需要更强劲的推进技术来助力。
加速推进太空军事化
近年来，美国一直致力于加速推进太空军事化进程。根据美国太空战略计划，美国防部先后设立“太空司令部”、“太空作战部队”和“太空开发局”三个机构，其中“太空司令部”是太空军队的指挥部门，“太空作战部队”负责整合美军各军种太空作战专业人员，“太空开发局”的任务是“开发并测试”下一代太空作战技术。问题的关键是，太空军事化需要更强劲的推进动力，而传统的化学推进系统难以满足需要。而由于技术的进步，核热推进将为这一挑战提供解决方案。
将核热推进作为太空机动战的战略需求
美国太空专家称，中国富有进取心的“太空战略”必然会促使美国太空领域领导人重新考虑他们应对这一威胁的方式。虽然美军现有的一些卫星具备一定躲避威胁的能力，但要实现太空优势地位，需要具备快速、灵活、持续的机动能力。因此，美国不仅重启热核推进项目，而且还把核热推进作为太空机动作战的战略需求。
图：2021年5月18日，一枚联合发射联盟(ULA)阿特拉斯五号火箭从太空发射综合设施-41发射升空，该火箭为美国太空部队的太空和导弹系统中心执行了SBIRS GEO飞行5任务。(联合发射联盟)
谋求未来太空的绝对优势
美国极力渲染来自中俄的“太空威胁”，并以此为借口呼吁国会为此加大太空技术研发投入。美太空专家也遥相呼应，认为“美国的太空资产在地球轨道及以远面临迅速出现的威胁，战略方针必须同样迅速演变，以迎接这些挑战。”并强调，无所作为的代价很高：未来几年，对手将建造核航天器编队，以实现相对于美国及其盟国的空间优势。正如前总统林登·约翰逊所说，控制太空意味着控制世界。因此，美国应致力于击败对手，建立安全有效的核推进系统，以保持美国在终极制高点上保持太空力量优势。
战略竞争
近年来，太空战略开始在全球蔓延，核热推进再次被重点提出。
美国白宫于2020年12月16日发布了 “太空政策指令-6”（SPD-6）——“太空核动力与推进国家战略”，旨在推动美国太空核动力和推进技术的快速发展。该战略提出应在适当的时候开发和使用太空核动力与推进系统，以实现美国的科学、探索、国家安全和商业目标。
核热推进系统的巨大优势
与其它太空动力推进方式相比，太空核动力与推进（SNPP）系统具有巨大优势：
（1）主要是SNPP能以更低的质量和更小的体积产生更多的能量，从而实现持久存在和运行，这是传统化学剂推进方式难以企及的
（2）可以缩短航天员和机器人航天器的飞行时间，从而减少在恶劣太空环境中的辐射暴露
（3）安全、可靠和可持续使用，构成了SNPP系统重要优势
SNPP系统的这些优势和能力，对于美国争夺太空主导地位和谋求太空霸权具有重要意义。美国希望通过SNPP的开发和使用，不仅要实现一系列现有和未来的太空飞行任务，同时又能充分满足时间进度的要求。
明确发展目标和路线图
太空核动力与推进（SNPP）系统包括可用于航天器、漫游车以及其他表面设施的动力或推进的放射性同位素动力系统（RPS）和裂变反应堆。SNPP系统可确保上述系统在太阳能和化学能不足的环境下运行。美国加速开发太空核动力与推进（SNPP）系统，不仅要实现现有和未来的军事及商业太空飞行任务，同时还确立了具体目标与进度要求。
按美国“太空政策指令-6”（SPD-6）要求，主要目标包括：
开发铀燃料处理能力，以生产出适用于月球和行星表面与航天器的核电推进（NEP）和核热推进（NTP）所需要的燃料。
演示月球表面的裂变动力系统。该系统的功率可达到40千瓦电（kWe）或更高，以支持持续的月球存在和火星探索。
建立技术基础和能力。包括通过确定和解决关键技术挑战，将使NTP能够满足未来国防部和NASA的任务要求。
开发出更先进的放射性同位素动力系统，以提供更高的燃油效率，更高的比能量和更长的使用寿命，以支持机器人与人类对月球的长期开发和对火星的探索，并扩展对太阳系其他目的地的机器人探索。
多家公司参加核热推进系统的开发
预算充足，紧罗密布
据媒体报道，2019年8月21日，美国国家航空航天局（NASA）公布，美国将研发下一代核热推进技术，美国国会为此批准了1.25亿美元预算。时任美国太空总署吉姆·布里登斯汀表示，采用下一代的核热推技术的太空飞船最快可以在3-4个月时间内抵达火星，计划2033年实现登陆火星。
3家合力，5年内出产品
为了加快核热推进（NTP）技术的发展速度，美国国防部下属研发部门高级研究计划局(DARPA)分别向杰夫·贝索斯（Jeff Bezos）的私人空间项目“蓝色起源”（Blue Origin），洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin）和“通用原子”公司等三家公司授予了核动力飞船项目第一阶段合同，这些公司将在 2025 年之前建造和演示基于核动力的轨道航天器推进系统。
军事意图明显尽管第一阶段合同是核动力飞船项目，但背后掩盖的却是军事用途。美国防部高级研究计划局（DARPA） 表示，核动力飞船有潜力同时实现化学推进系统的高功率和电力系统的高效率。该机构说：“这种结合将使地月间敏捷火箭行动演示(Draco) 飞船更灵活地执行国防部的核心原则，即在环月空间 (地月之间)进行快速机动。”
Draco 计划的目标是于 2025 年在近地轨道上空发射由核热推进系统驱动的航天器。关键是这项技术将使航天器能够快速进行长距离飞行，具有巨大的军事价值，这也是美国加速推进Draco 计划的重要原因。
第一阶段项目内容第一阶段合同包括两个项目：项目A主要是核热推进反应堆的基础设计，合同金额为2200万美元；项目B主要是示范运行采用核热推进系统的航天器，合同金额为250万美元。后续阶段将进行详细设计、制造和地面测试，并在太空示范核热推进系统。
结语
由此看来，核热推进无论是对美国的深空探索还是太空霸权都具有深远意义。
因此，无论是五角大楼还是NASA一直都在进行相关研究，并得到国会的积极支持。根据美国“太空核动力与推进国家战略”的要求，NASA的近期优先任务是提高SNPP的技术成熟度，在月球上演示裂变表面动力系统；2020年代末在月球上演示该系统，为可持续的月球开发提供动力，并测试其在火星上的使用潜力。同时，NASA还将提高核热和核电推进能力。
需要警惕的是，美国一旦把核热推进应用于军事领域，不仅会进一步加速太空军事化的进程，而且还将对未来太空安全带来极为严重的消极影响。
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作者丨徐秉君
编辑丨郑实
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原创 高级评论员 学术plus 6天前