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美国国防部联合蓝色起源等公司,开启核动力飞船项目

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  当地时间 4 月 12 日,美国国防部下属研发部门 DARPA 向通用原子公司、洛克希德?马丁公司以及杰夫?贝索斯(Jeff Bezos)旗下蓝色起源公司授予了核航天器合同,这三家公司要在 2025 年之前完成建造和演示核动力推进系统。

  DARPA 发起 “地月间敏捷火箭行动演示” 计划(Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations program,Draco),旨在使用核动力推进系统,为低地球轨道以外的航天器提供动力。

  DARPA 表示,该计划的核心宗旨是让太空船在顺月空间(Cislunar Space)—— 地球与月球之间快速移动。

  

  (来源:DARPA)

  DARPA 授予这 3 家公司的合同为该计划的第一阶段,为期 18 个月,分为两个轨道:在轨道 A 中,通用原子负责设计核热反应堆和推进子系统,合同价值 2200 万美元;而在轨道 B 中,洛克希德?马丁和蓝色起源将开发各自的太空船,合同价值分别为 290 万与 250 万美元。

  Draco 计划的核心是使用核热推进技术。核热推进(Nuclear Thermal Propulsion,NTP)是利用核反应释能直接加热推进剂,然后导入热喷管转换为喷射动能。核热推进具有高比冲、大推力和长寿命的特点。

  目前的航天动力主要为化学燃料与电力两大系统,而采用核热推进技术的火箭,喷气效率将会是是常规化学火箭的 2 倍。当前,从地球飞到火星大约需要 8 个月,若采用核动力航天器,将只需 100 天。

  DARPA 表示,核动力系统同时具备化学推进系统和电力推动系统的优点,让 Draco 有更高的灵活性。

  洛克希德?马丁的项目经理 Bill Pratt 表示,核热推进是革命性技术,它能大幅改变太空船的运行方式,提高其敏捷性,并在远比传统动力系统更短的时间内,更高效地帮助太空船前往火星或其他地方。

  在航天领域,能源处于核心地位,人类的航天能力直接取决于所能够驾驭的能量强弱。作为目前航天动能的主要能源,化学能技术已经趋于完美,但也接近理论极限,因此核能成为推助人类深入宇宙的又一能源发展方向。

  早在上个世纪四十年代,美国空军便开始了核推进的概念验证测试,但该项技术在随后的弹道洲际导弹中被舍弃。

  1955 年,美国国家航空航天局(NASA)启动 ROVER(罗孚)项目,又称 “火箭飞行器用核引擎” 项目(NERVA),NASA 从当初空军放弃的阶段继续开始研究,意图利用此项技术研制用于太空飞行的核热火箭。

  1955 年至 1960 年,在 ROVER 计划期间, 美国建立了大型的核火箭实验基地,进行了二十三次核热推进反应堆测试,并研制出核动力发动机。但后来美国国会的预算削减使得该项目陷入停滞。

  

  图 | NERVA 项目中核热火箭的发动机(来源:NASA)

  半个世纪后,人们重燃对核能的兴趣。NASA 马歇尔太空飞行中心(MSFC)于 2013 年启动了一项为期三年的项目 —— 核低温推进级。而后又于 2017 年与 BWXT 核能公司签订合作协议,重新开启核热火箭计划。

  NASA 表示:“人们再次认识到,核热推进是探索火星和其他目的地的可行而强大的选择。”

  

  图 | 核热火箭概念图 (来源:NASA)

  由 NASA 赞助的美国国家科学院在 2 月份的一项研究中表示,核热推进和核电推进方法可以减少远征前往火星的时间,但必须克服重大的技术障碍。

  诸多单位也将目光投到核动力推进系统开发上,普林斯顿大学电浆物理实验室(Princeton Plasma Physics Laboratory,PPPL)正在进行第二代普林斯顿磁场反转位形实验,以开发概念型的直接核融合驱动设备(Direct Fusion Drive,DFD),从而为太空载体提供驱动。

  理论上,该探测器可在短短 2 年内就抵达目前被认为除地球外最可能适合人类生存的地外天体木卫六泰坦(Titan),传统时间则需要 7 年之久。

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