几十年来,深空探索的核心挑战并非目的地,而是到达所需的时间。核热推进(NTP)技术被广泛认为是人类真正探索太阳系的最有希望途径之一。该技术以核反应堆替代化学燃烧作为热源,核裂变产生的高温用于加热氢气等轻质推进剂,高温气体经喷嘴喷出产生推力。相比化学火箭,核热推进效率更高,有望大幅缩短前往火星等目的地的飞行时间。

阿拉巴马大学亨茨维尔分校(UAH)研究人员正与美国宇航局马歇尔太空飞行中心(MSFC)及区域航空航天合作伙伴共同推进核热推进技术的发展。这项工作并非从零开始,而是数十年前"火箭飞行器核发动机应用"(NERVA)项目的延续。上世纪五六十年代,NASA与美国原子能委员会联合开展NERVA项目,已完成大量地面测试,基本研制出可将人类送上火星的发动机,但因阿波罗计划结束和航天飞机项目推进而被取消。
UAH推进研究中心副主任戴尔·托马斯博士表示:"我们已有设计方案和大量地面测试数据,并非从零开始。"
目前,UAH正支持任务分析、推进建模、数字工程和先进核推进概念等方面的研究。托马斯指出,NTP是NASA载人火星任务最切实可行的方案之一,能将飞行时间从六个月缩短至两到三个月,显著降低宇航员受到的宇宙射线辐射。此外,核动力推进还有望使外行星探测任务变得常规化:约五年抵达木星,六年抵达土星,八年抵达天王星,九年抵达海王星。
在数字工程方面,UAH与MSFC合作开发核推进系统的数字原型和数字孪生模型,帮助NASA在制造物理硬件前评估性能和任务权衡。
不过,地面测试基础设施仍是当前主要瓶颈。上世纪60年代可在沙漠中露天测试并将废气排入大气,如今因放射性污染风险已不可行,现代测试需要废气收集装置和专门设施。美国国防高级研究计划局(DARPA)的DRACO项目原计划在轨道上进行首次高功率发动机点火,但因未完成完整地面热试而被取消。
托马斯认为,若测试基础设施到位,一年内即可将发动机安装在测试台上。UAH还在研究离心式核热火箭(CNTR)等先进概念,利用高速旋转离心机内熔融铀使氢推进剂直接穿过液态燃料,效率有望比现有固体核热推进系统提高近一倍。
托马斯表示,亨茨维尔地区汇聚了马歇尔太空飞行中心、大型航空航天承包商及橡树岭国家实验室等专业资源,在核动力推进研发方面具有独特优势。"如果基础设施到位,亨茨维尔有望成为未来太空核推进领域的重要中心。"