虽然核反应堆在地球危机四伏，但在太空的它们可是潜力“宝藏”。

近期，NASA和多家公司进行沟通，拟开发由核裂变及核聚变作为动力的星际飞船，目标是在2035年前，核动力驱动的飞船可以奔赴火星。

一、核动力潜力无限，燃料瓶颈尚待攻破

核火箭发动机的想法可以追溯到上世纪四十年代，在通常的设想中，化学火箭会先将飞船发射出低地球轨道之外，然后核动力火箭会“接棒”，作为推动力送飞船在星际中穿梭。

核反应堆释放的能量能将液态氢加热至2430摄氏度，约为核电站核心温度的八倍，推进剂也会以极快的速度喷出喷嘴。每单位质量核燃料提供的推力是化学燃料的两倍，从而使核动力飞船可以航行更长时间，并且在到达目的地时，核反应堆所释放的能量可以从推进系统转换到电力系统，这为飞船自身正常运行和向地球传输数据都提供了更好的保障。

如NASA首席工程师Jeff Sheehy所言，核动力对于火星探测这种星际旅行是很有利的，但核燃料是我们首先要解决的问题。

具体来说，燃料需要承受发动机内部的超高温和挥发性环境。

武器级、高浓缩铀的核火箭能提供足够推力，但可能不够安全；商业核电厂用的低浓度铀燃料使用起来更安全，但在高温和高浓度氢的的环境下，它们容易分解。

针对这个问题，与NASA合作的两家公司都各自提出了自己的解决方案。

位于西雅图的核安全技术公司Ultra Safe Nuchlear Technologies（下简称USNC-Tech）在铀燃料微粒上涂上一层微型陶瓷涂层，再放在碳化锆基体中，通过这种“隔离”方式，防止放射性裂变产生的副产物扩散的同时，也以微粒的方式加快散热。

USNC-Tech工程总监Michael Eades说：“因为这样的方式，所以即使我们的铀燃料浓度达到了20%，也能在保证火箭的推力的同时降低发生意外的风险。”

位于弗吉尼亚州的BWX Technologies（下简称BWX）也与NASA签订了合约，希望设计出陶瓷复合燃料形式，或者研究可以在金属基质中燃烧的替代燃料。该公司技术部门总经理Joe Miller表示，从2017年，他们就在进行反应堆的设计。

除了燃料，用于控制核裂变反应速度、维持连锁反应的慢化剂也很重要。

BWX通过在燃料块中散布在氢化物元素控制反应速度，USNC-Tech则将钹金属集成到燃料中。USNC-Tech工程总监Eades又指出，集成了钹金属的燃料可以经受住氢、辐射以及高温，且不会耗尽反应堆中的中子。

二、为更安全的核动力火箭，普林斯顿寻觅新方法

除了上述两家公司，普林斯顿等离子体物理实验室的科学家也为核火箭推进提出新设想，即不一样的聚变反应堆。

普林斯顿等离子体物理实验室的Samuel Cohen表示，目前主流的聚变反应是氢同位元素氘和氚的燃料，但它们都不够安全。

为了设计出一种更安全的小型核动力火箭，Cohen领导的小组正在制造一种新的反应堆，利用高温等离子体中氘原子和氦-3之间的聚变，这样反应中也会产生较少的中子。中子容易让钢铁结构在变脆的同时具有很强的放射性。

Cohen也表示采用新的燃料融合方式后，不仅所需化学原料的量变少，反应设备的体积也会缩小至原来的千分之一。

NASA的首席工程师Sheehy说，因为聚变反应释放的能量是裂变产生的能量的四倍，所以理论上聚变推进会优于基于裂变的推进。但目前这项技术还面临一些挑战，如产生和容纳等离子体、将释放出的能量有效地转化为定向射流等。

他说：“这些问题即使到2030年代后期，我们都未必能做解决。”

但USNC-Tech对这一目标满怀信心，工程总监Eades说：“我们目前已经基于新燃料制造了小型硬件原型，有望在2027年之前演示发射系统，实现NASA的目标。”