誰能告訴我核能在太空中的應(yīng)用

【專家解說】：核能推進(jìn)——把核反應(yīng)爐搬上太空 核能推進(jìn)是利用核反應(yīng)產(chǎn)生的能量加熱工質(zhì)或產(chǎn)生等離子體高速噴射產(chǎn)生推力。從理論上講，原子核反應(yīng)的能量密度是化學(xué)反應(yīng)能量密度的上百萬倍，這種高能量密度使核能推進(jìn)成為大推進(jìn)技術(shù)的理想選擇。 早在20世紀(jì)60年代，美國就制定了利用核能制造大型航太運(yùn)載工具的研究。雖然反應(yīng)堆的尺寸、重量和形式都適合於運(yùn)載火箭，但研究發(fā)現(xiàn)除了昂貴的投資經(jīng)費(fèi)外，主要是因?yàn)楹嘶鸺l(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣射流嚴(yán)重污染發(fā)射臺(tái)設(shè)備及其周圍環(huán)境，所以這種核推進(jìn)系統(tǒng)還不會(huì)用於運(yùn)載火箭第一級(jí)的動(dòng)力，至今無法實(shí)際應(yīng)用。但由於核火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的大功率、高效率，如果用於大氣層外火箭飛行，很適合於行星際探測(cè)任務(wù)。2003年1月，美國制訂的新太空政策中提出了利用核動(dòng)力推進(jìn)太空船探索火星的“普羅米修斯計(jì)劃”，大力加強(qiáng)了核能推進(jìn)的研究。同樣，欲發(fā)展地面先進(jìn)的、大推力、高推重比且可用於單級(jí)入軌的大型運(yùn)載系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先考慮發(fā)展核能推進(jìn)技術(shù)。 美國的登月計(jì)劃就有核動(dòng)力火箭的參與，推動(dòng)登月飛船的是土星號(hào)運(yùn)載火箭，它有35層樓房那樣高。然后，由太空運(yùn)輸船將燃料箱運(yùn)往太空，并一一掛在核動(dòng)力火箭上。帶足燃料的核動(dòng)力火箭，載著宇航員離開地球軌道，飛向遙遠(yuǎn)的星球，然后模仿登月航行，派登陸艙在外星體上著落。在完成考察任務(wù)后返回等候在軌道上的母船，對(duì)接后重返地球軌道。核動(dòng)力火箭在地球軌道和遙遠(yuǎn)星球之間往返運(yùn)行，長期肩負(fù)星際航行的任務(wù)，無需返回地面。核火箭用的發(fā)動(dòng)機(jī)是靠核燃料裂變時(shí)產(chǎn)生的巨大熱能，將推進(jìn)劑加熱到極高溫度（4000℃以上）。推進(jìn)劑因而獲得動(dòng)能，以極高速度從尾部噴出，從而推動(dòng)火箭高速飛行。由于核燃料體積小、發(fā)熱量大，核火箭可做到重量輕、體積小，化學(xué)燃料火箭根本不能與它抗衡。 傳統(tǒng)推進(jìn)技術(shù)是利用化學(xué)能將運(yùn)載器送入預(yù)定空間軌道和實(shí)現(xiàn)航天器在軌機(jī)動(dòng)的技術(shù)，主要是指液體和固體化學(xué)推進(jìn)。從1926年美國人戈達(dá)德研制成以液氧/汽油為推進(jìn)劑的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)至今，化學(xué)推進(jìn)已經(jīng)有近80年的發(fā)展歷史，目前其理論體系和應(yīng)用技術(shù)基本成熟，發(fā)射基地和地面測(cè)控系統(tǒng)等配套設(shè)施健全?；瘜W(xué)推進(jìn)最突出的特點(diǎn)是可以提供大推力，一直以來是航天領(lǐng)域使用最多的推進(jìn)技術(shù)，而且在可預(yù)見的將來仍是重要的航天推進(jìn)技術(shù)。 新世紀(jì)以來，隨著人類利用和探索宇宙空間的范圍和深度大大拓展，各國競相出臺(tái)新太空政策，人類又掀起了新一輪以深空探測(cè)為標(biāo)志的太空探索熱潮，而傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)已經(jīng)無法滿足未來空間探索特別是深空探測(cè)的需要。它最主要的不足是能量密度低，目前單純依靠化學(xué)推進(jìn)來提高噴氣速度加速航天器的方法，已經(jīng)接近了極限。由于能量密度低，利用化學(xué)推進(jìn)需要攜帶大量的燃料。目前液體和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)所攜帶的燃料，要占到總重量的90%以上，而有效載荷只占1%~1.5%，將1千克的載荷送入軌道的費(fèi)用達(dá)上萬美元。同時(shí)，現(xiàn)在的運(yùn)載工具需要有2~3級(jí)火箭持續(xù)加速才能將航天器送入軌道，這樣就導(dǎo)致了化學(xué)推進(jìn)效費(fèi)比低、系統(tǒng)可靠性降低等?；瘜W(xué)推進(jìn)需要消耗大量燃料，且不能將航天器加速到足夠的速度，這是無法滿足深空探測(cè)要求的。 新型推進(jìn)技術(shù)是相對(duì)傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)技術(shù)而言的，是指航天推進(jìn)基本原理或能源方式不同于化學(xué)推進(jìn)的非化學(xué)推進(jìn)。目前，世界各國正在競相研究各種新型推進(jìn)技術(shù)，以滿足未來太空探索的需要。 核能推進(jìn)——把核反應(yīng)堆搬上太空 核能推進(jìn)是利用核反應(yīng)產(chǎn)生的能量加熱工質(zhì)或產(chǎn)生等離子體高速噴射產(chǎn)生推力。從理論上講，原子核反應(yīng)的能量密度是化學(xué)反應(yīng)能量密度的上百萬倍，這種高能量密度使核能推進(jìn)成為大推進(jìn)技術(shù)的理想選擇。 早在20世紀(jì)60年代，美國就制定了利用核能制造大型航天運(yùn)載工具的研究。雖然反應(yīng)堆的尺寸、重量和形式都適合于運(yùn)載火箭，但研究發(fā)現(xiàn)除了昂貴的投資經(jīng)費(fèi)外，主要是因?yàn)楹嘶鸺l(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣射流嚴(yán)重污染發(fā)射臺(tái)設(shè)備及其周圍環(huán)境，所以這種核推進(jìn)系統(tǒng)還不會(huì)用于運(yùn)載火箭第一級(jí)的動(dòng)力，至今無法實(shí)際應(yīng)用。但由于核火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的大功率、高效率，如果用于大氣層外火箭飛行，很適合于行星際探測(cè)任務(wù)。2003年1月，美國制訂的新太空政策中提出了利用核動(dòng)力推進(jìn)太空船探索火星的“普羅米修斯計(jì)劃”，大力加強(qiáng)了核能推進(jìn)的研究。同樣，欲發(fā)展地面先進(jìn)的、大推力、高推重比且可用于單級(jí)入軌的大型運(yùn)載系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先考慮發(fā)展核能推進(jìn)技術(shù)。