核反应堆，不仅能发电，还能上天：人类应用核能的技术发展简史

有关核裂变与链式反应的理论，在上世纪40年代就得到了学术界的认同。隐藏在原子核内部的，伴随宇宙的诞生而出现的巨大能量仿佛是一头凶猛的远古巨兽，即将突破牢笼，来到这个世界。上图为正在讲述原子核物理学的费米博士。

（费米博士是意大利人，二战爆发前几个月，他从意大利逃到美国。费米读大学期间，就已经开始为全校开设相对论课程了，前来听讲的教授络绎不绝。但终归因其博士论文在欧洲罕有人读懂而曲高和寡。）

1942年12月2日，费米博士领导的团队建成了人类第一个核反应堆。在4.5分钟的时间内，这个由铀、石墨和银堆成了大块头实现了人类首次可控核裂变，持续提供了0.5瓦的功率。（这个功率现在用来给手机充电都比较困难，但这的确宣告了核时代的来临。）

小火箭风格，该反应堆的具体坐标：

北纬41°47′32″N；西经87°36′3″W

在中子的轰击下，铀-235发生裂变，释放出大量能量，而在裂变的同时，会释放出更多中子。这些中子继续轰击其他铀原子核，从而迅速扩大反应规模，形成核爆炸。

公元1945年8月6日，东京时间上午8时15分17秒，美国陆军航空队的一架B-29轰炸机在日本广岛上空投下一枚名叫“小男孩”的原子弹（铀弹）。这是人类历史上第一次将核武器用于实战。

这枚原子弹的爆炸当量在今天看来虽然比较小（仅50万亿焦耳，也就是1.5万吨TNT），不到现代核武器当量的零头，但在72年前，那一瞬间造成了超过10万名当地居民的死亡，已经开始宣告了人类核武器时代的正式到来。

公元1945年8月9日，上午11时02分，一架B-29轰炸机在日本长崎上空投下了人类历史上第二颗用于实战的原子弹“胖子”。

这是一颗使用钚239的钚弹，而且是人类首次采用内爆式工作原理来激发一颗实战型原子弹，因此，无论是其研制还是投放的细节，都具有比较大的工程技术意义和历史意义。

至此，核能的理论与军事实践实现了闭环。最先进的工程技术与迄今为止依然是人类最接近宇宙终极问题的答案的能量形式被用于战争与各个大国之间的相互威慑。

概念

当然，事情也没有那么悲观。还是有一些工程师，怀抱“技术让生活更加美好”的信念，努力让这种非常接近于真理的能量来源为提升人类的生活品质做出贡献。

公元1949年，美国加州理工学院的38岁的H.S.Tsien博士 （中文名：钱学森）提出了核动力火箭发动机的概念。

钱学森博士的原子能火箭发动机的概念，后来整理进入了他的著作《星际航行概论》中。

钱学森博士进一步提出了将原子反应堆与电推进火箭发动机结合起来的方案。准备用于未来的星际航行。

电火箭和电推进技术，如今已经成功地应用在了多款卫星和深空探测器上了。（详见小火箭的公号文章《有关电推进发动机的几个设想》《离子发动机：星际远征的重要动力》）。

但是，核动力火箭在火箭领域的直接应用比起电火箭来说，少很多。

之后，钱学森博士的研究重点开始转向系统工程。

公元1954年，钱学森博士写了一本书，名为Engineering cybernetics。钱学森博士是冯·卡门博士的得意门生，是美国国防部的顾问，同时也是喷气发动机工作室（美国喷气推进实验室的前身）的合作创建者。

当时的钱学森博士虽然已经43岁了，但是依然有着足够的创新意识。

Engineering cybernetics这个名字，直接翻译的话，是工程赛博。该书的中文正式译名为《工程控制论》。

上图从左至右：普朗特博士、钱学森博士、冯·卡门博士：师爷、学生和老师三代人。

1955年，钱学森博士回国。

安培、维纳和钱学森都提到的赛博这个词，如今已经成为了热词。无论是早期的自动化机械还是后来的互联网和物联网，好像不提到赛博就不够时髦似的。

赛博与控制论息息相关，其本质就是要去认识复杂大系统的灵魂。

把节点有机地组织起来，即使是看上去不起眼的小零件也能变成强大的弹道计算机。把武器装备组成带有反馈机制和自组织能力的作战系统之后，体系化的优势就体现出来了。

应用

再说回到核动力在推进系统中的应用吧！

把核能作为推动文明进步的能源而不是毁灭城市的力量的尝试，在上世纪50年代就开始萌芽了。

公元1951年12月20日，人类技术发展史产生了一个具有里程碑意义的事件：美国伊利诺伊州的阿贡实验室内，4只灯泡被点亮，而给这些灯泡提供能源的，正是一座核反应堆。

这座曾经在第二次世界大战作为曼哈顿工程中的一部分的实验室，开启了人类和平利用核能的时代。

不过，就像小火箭经常说的那样，迄今为止，在人类工程技术发展史上，几乎没有任何一项尖端技术能够被军方所忽略。

而且不管这项技术的初衷到底是用于提升人类的生活质量还是仅仅用来满足人类的好奇心，最终这些家伙大多都被拿来用于增强军队的作战效能了。

于是，在1955年，工程师们尝试把核反应堆放置在战略轰炸机上。

为了有效测试核反应堆在空中运作对飞行器的影响并尽量减少测试过程中对地面带来的辐射伤害，整个试验流程要遵循几个原则：

首先，在起降阶段不得开启核反应堆，只能在高空启动试验；

其次，试验飞行器只能在新墨西哥州和德克萨斯州上空飞行，这些区域本来就是美国的传统核武器试验场；

最后，要遵循科学试验的控制变量法，做好合理设计。

在实际操作过程中，为了以防万一，美国空军准备了一架B-50来进行伴飞。一旦飞机失控，开始扑向人口稠密地区，B-50以提前获得了授权对该机实施击落操作。

另外，一旦该机发动机熄火，需要迫降在人烟稀少地区时。B-50上的几十位美国空军人员会立刻紧随其后迫降，并迅速控制住周边区别，号召当地国民警卫队和警察实施紧急疏散。

注意，上图的NB-36H核反应堆试验机的垂直尾翼上的核辐射标志。

这是现代的核辐射标志。

1957年6月6日，美国第一款洲际弹道导弹宇宙神首飞成功。

宇宙神洲际弹道导弹和本文的主角NB-36H核反应堆试验机同为康维尔公司的项目。

两年前读过小火箭公号文章《从美国最早的洲际弹道导弹看项目管理》的好友或许还记得康维尔公司自筹经费的坚持与最后的成功。

但是，他们同样是要做取舍的。洲际弹道导弹的技术成熟度和应用前景更加明朗。最终，公司决定全力以赴发展洲际弹道导弹技术，而把核动力轰炸机的项目暂时搁置了。

核反应堆的空中开启试验，为人类积累了大量工程技术数据，这些数据和经验会对未来的应用提供帮助。

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