半个世纪以来，美国DARPA 和英国星际学会一直在考虑核能运输系统的可行性。有人认为，核裂变甚至核聚变系统具有足够的集中能量，可以进行有效的远程太空旅行。今天有许多可行的和有效的飞船以不同的方式使用了核能推进。

虽然我们并不期望创建出像电影《星球大战》或《星际迷航》中那样的飞船，可以从宇宙的一个空间跳跃到另一个，超过光速的速度限制，但核动力飞行器仍有巨大潜力，可以不断加速直到极高的速度。

在空间使用核能的第一步是使用同位素和钚电源，供航天器长期运行。所谓的放射性热电发生器（RTG）已经在航天器上经过了多年验证。在RTG 中，他们只是利用热电偶将钚238 衰变产生的热量转化为电能。海军“Transit-4A”卫星上的RTG 只产生大约3W 的电能。在20世纪60年代末，NASA 发射了以RTG 为动力的“雨云-3”卫星，其由于使用了核动力电源而能够持续几十年在轨。

在火箭推进领域，已经有了持续的研究和发展，其不仅仅是为运行中的航天器提供动力。在当前的研究发展中有几种选择方案：核脉冲推进、核热火箭推进、核电推进、直接核推进、核动力冲压式喷气推进。

（1）核脉冲推进。这种类型的核推进方式可以追溯到20世纪60年代和70年代的“猎户座”（DARPA）和“代达罗斯”（英国星际学会）研究计划。采用核脉冲推进的星际飞船的最新概念涉及所谓的反物质催化。这是核脉冲推进的一种演化方案，是通过向核燃料中注入反物质来减小核脉冲推进系统的尺寸。

（2）核热火箭推进。核热火箭是另一种核裂变反应推进系统，可以用多种方式产生推力。它通常不会用于从地面发射，而是用于高效的位置保持操作，比化学推进剂更有效。与化学推进系统相比，核热火箭可以提供巨大的性能优势。核动力源也可为航天器的电离子推力提供电能。

（3）直接核推进。这个基本概念有很多不同方案。其中一个主要的方案涉及核心反应堆，通过气体裂变反应堆的排出冷却剂为火箭提供直接推进。核裂变反应堆的核心可能是气体，也可能是等离子体。这种直接的核推进可能会产生30～50 kN·s/kg 的比冲，最高可达50 km/s的排气速度。这种排出的等离子体或气体将产生足够的推力，用于高速行星甚至星际旅行。在某些设计中，将氢冷却剂用作推进剂。氢气用于冷却反应堆及其各种结构部件。一旦氢通过核心区域，它就会以特定的速度排出。如果推进剂冷却不够，可以使用外部散热器作为补充。在其他一些设计中，裂变气体等离子体被用来加热低质量的推进剂。(www.daowen.com)

（4）核动力冲压式喷气推进。这是一种利用核动力为巡航导弹或飞机提供冲压式喷气推进的方法，“冥王星”计划就是这样一个发展计划。这类系统只能在地球大气层内工作。核动力冲压发动机的原理其实很简单，导弹的速度将空气吸入飞行器前部的进气道。该技术的创新之处在于，利用核反应堆对经过冲压式喷气产生的压缩空气进行加热，经过加热的空气通过喷嘴高速喷出，产生的推力足以达到高超音速。

在未来，采用核裂变或聚变的空间运输系统有许多潜在的应用。电离子推进系统在长寿命性能方面超越了目前的氙离子推进系统，能够实现高效的航天器位置保持运行，在近期最有可能得到应用。今天的化学推进系统足以使航天器到达月球和更近的行星，而重力辅助则有助于到达外行星。

即便如此，至少NASA 认为，对于前往火星的任务，所采用的核动力火箭的大小可能只有化学动力火箭的一半。图11.2 所示为2016年NASA 向美国国会提出的核热推进飞船。当时，NASA 局长查尔斯·博尔顿提出，到2033年，美国可以制造出这种以核裂变为基础的航天器，并证明该系统的尺寸只有化学动力火箭系统的一半。该项目的资金还没有获批[1]。

图11.2　NASA 提出的用于前往火星的“哥白尼”核热推进飞船（图片由NASA 提供）

目前，真正的核动力火箭系统似乎还需等待未来的太空任务。尽管近年来，新航天商业项目的成本效率很高，以更低的成本生产出了更有效的技术，但只有像对具有潜在危险的小行星进行行星防御、火星殖民或小行星采矿这样的目标才可能说服立法机构资助这样一个困难和昂贵的计划。

最重要的是，在未来的几年里，NASA 或其他航天机构似乎需要更强大的经济激励来发展直接核推进或核脉冲推进系统。当然，发展核动力火箭系统的潜在目标总是与国防相关联的，这将是商业航天发展和和平利用外层空间的倒退。