[国家原子能机构网讯] 俄塔社近日报道，俄罗斯科学家向国际社会提出了使用核能装置开发外太空的新方案。根据这一方案，人类有望于2017年向火星派出科学考察团。

　　用核能发动机将科考人员送到火星的方案，实际上就是指利用核火箭来推动载人飞船登陆火星的方案。其关键技术是核火箭的研制问题。核火箭、电火箭和太阳能火箭都属于非化学能火箭，亦称为非常规推进系统，目前广泛使用的是化学能火箭，一提到核火箭，多数人感到陌生。

　　核火箭发动机是利用核反应或放射性衰变释放的能量加热工作介质，使工质通过喷管膨胀后高速排出产生反作用推力的。这种发动机性能高、速度快、寿命长，但技术复杂，只适用长期飞行的航天器。研制中存在的主要问题是辐射防护、排气污染、反应堆的控制以及高效率换热器的设计等。由于这类问题不易攻克，所以从20世纪60年代就开始研究的核火箭发动机，至今仍处于试验阶段。

　　根据核能释放方式的不同，核火箭发动机可分为放射性同位素衰变型、核裂变型和核聚变型三种。放射性同位素衰变火箭发动机的工作原理是将放射性同位素衰变产生的射线转变成热能，再加热工质形成推力，适用于0.1千克以下的低推力状态，显然不能用作太空船的动力装置。核聚变火箭发动机的工作原理是利用轻原子核聚合成较重原子核过程中释放出大量能量加热工质产生推力的。因为核聚变的控制问题尚未解决，这种发动机仍处于探索和研究阶段。由此可见，俄罗斯自行研制的核动力装置只能是核裂变火箭发动机。

　　按照核反应物质的状态不同，核裂变分为固体堆芯和气体堆芯两种，其工作原理都是利用重原子核裂变反应释放出大量能量加热工质产生推力的。虽然气体堆芯式核裂变火箭发动机性能更为优越，但由于还存在大量的技术难题，因此目前俄研制的用于火星载人飞船的核动力装置是固体堆芯式核裂变火箭发动机。

　　固体堆芯式核裂变火箭发动机发展较早，主要由装在推力室承压壳体内的核反应堆、冷却喷管、工质输送系统和控制系统组成。反应堆通常用含铀235或钚239的浓缩物制成，工作时发生核裂变产生热能，加热工质。工质都是低分子量物质，如液氢、液氦和液氨等，一般都用液氢。输送系统将工质先送入喷管冷却套冷却推力室，然后进入核反应堆加热，最后通过喷管膨胀加速排出，从而产生推力。控制系统调节工质的流量和控制核反应的功率，以使发动机的推力能满足实际飞行的需要。

　　火星太空船采用固体堆芯使核裂变火箭发动机进行推动的理由是，它能长期工作，可运行10年以上的时间，而且它能提供更高的速度，如秒速可达24.17公里，超过了第三宇宙速度。若飞船以化学火箭提供的第二宇宙速度飞行，抵达火星需要9个月，而以核火箭提供的高速飞行，抵达时间则可缩短到两个月之内。从长远看，核火箭还能推动载人航天器到太阳系空间遨游并送航天员在可以登临的星球上进行着陆考察和开展科学研究。

　　实际上，美国宇航局从2003年初就开始研制核动力火星飞船，并计划用5年或稍长一点时间试制成功，随即投入使用。其动力装置也是固体堆芯式核裂变火箭发动机，且飞船是不载人的，整个项目经费为10亿美元。发射时先用多级化学运载火箭将它送入800公里以上的绕地轨道运行后，核火箭才开始工作，推动飞船冲出地球引力范围并按预定轨道在太空高速飞行，最终抵达火星进行绕飞探测或着陆考察。由于是不载人飞行，这种飞船重量较小，需要的核火箭推力也不是很大。

　　俄罗斯提出的核动力火箭载人飞船方案，由于要携带航天员及其所需的生活用品和工作设备，飞船重量增加较多，肯定还要进一步提高核火箭发动机的推力。同时核动力存在的安全隐患必须引起高度重视，特别是核辐射对航天员健康造成威胁的问题亟待解决。因为核火箭飞船内的辐射量相当于每天做8次X光胸透视，长此以往会损害人的身体健康。由此可见，核动力火星载人飞船比核动力火星无人飞船要复杂得多，所需研制成本也不可同日而语。正因如此，俄科学家才呼吁开展国际合作。

　　如果要取代从地面发射使用的多级化学运载火箭，发展先进的、大推力的、可用于单级入轨的大型核火箭发动机，那还要解决更多的技术难题，必须投入更多的研制经费，还需要加强国际合作。假若这一设想变为现实，那将是航天运载工具史上的一大飞跃。（尹怀勤）