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美苏探索太空的疯狂计划:用原子弹推动飞船  

2016-05-06 15:11:35|  分类: 历史记录 |  标签: |举报 |字号 订阅

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美苏探索太空的疯狂计划:用原子弹推动飞船

图为美国“猎户座”核动力飞船想象图。

美苏探索太空的疯狂计划:用原子弹推动飞船

图为苏联RD-0410核火箭发动机。

据俄罗斯卫星网1月18日报道,按照俄联邦太空计划2016年至2025年的相应规划,俄罗斯将于2025年之前完成核动力太空飞船的制造和飞行试验准备。从上世纪50年代开始,美国和苏联/俄罗斯都曾在利用核动力探索太空领域方面付出艰辛努力,尽管再三遭受挫折,但“痴心不改”。

“丧心病狂”的“猎户座”计划

人类利用核动力探索太空的梦想由来已久。美国曼哈顿计划的主要领导者之一费米曾向核科学家建议说,除了研制原子弹,也不要忘了研究以核作为动力的可行性。当人类真正掌握了核能之后,“梦想成真”的兴奋在上世纪50年代催生出一大批核动力“怪兽”,包括美国克莱斯勒TV-8核动力坦克、可在天空不间断飞行的苏联图-119和美国NB-36H核动力战略轰炸机……但这其中最让人膛目结舌的当属美国的“猎户座”核动力飞船计划。

此时正值美苏刚开始太空争霸,但使用化学能的传统火箭推力有限,无法满足载人登月甚至登陆火星的需求。而同样重量的核燃料释放的能量是化学燃料的数百万倍,在当时“一切向核看”的风气下,使用核能作为太空飞船的推进动力应运而生。1958年,“猎户座”核动力飞船计划正式启动,它竟然是采用原子弹爆炸的方式提供前进动力。按照设想,该飞船足有60层楼高,起飞重量高达1万吨,携带有数百枚小当量原子弹。发射时,飞船向后方抛出一枚原子弹并引爆,利用爆炸的冲击波推动飞船前进。每抛下一次原子弹,飞船就被推动一次,如同水母向后喷水前进一样反复加速。根据美国著名核科学家泰勒的推算,如果每颗原子弹的爆炸当量为2000吨TNT,只需要引爆50颗原子弹,飞船就可加速到每秒7万米。正是依靠这种用传统化学燃料火箭不可能达到的巨大推力,“猎户座”核动力飞船只要125天就能将航天员送到火星。

“猎户座”核动力飞船如今听起来有些“丧心病狂”,但在当时美苏频繁核试验的背景下倒显得并不过分。在美国防先进研究项目局的资助下,该项目用常规炸药模拟核爆炸试验,证明这种推动模式的确可行。从表面看,“猎户座”核动力飞船不存在明显的技术缺陷,针对起飞阶段原子弹爆炸会造成核污染的问题,美国科学家还建议先用大型火箭把飞船推出大气层,然后再尽情地抛出核弹。然而1963年美苏《禁止在大气层、外层空间和水下进行核试验条约》的签署给了核飞船项目致命一击,再加上此时美国航天局力推阿波罗登月计划,“猎户座”最终无疾而终。

美苏核火箭“生不逢时”

尽管过于异想天开的“猎户座”核动力飞船胎死腹中,但核能的明显优势让美苏对它的热情丝毫未减,并相继推出对环境破坏小得多的核热火箭。它的原理是在火箭上安装一个小型反应堆,利用反应堆产生的热能将推进剂加热到很高的温度,然后将高温高压的推进剂从喷管高速喷出,产生巨大的推动力。

从1959年到1972年,美国对核热火箭投以极高的热情,并在内华达州核试验场进行了多达23次核火箭测试。阿波罗载人登月计划成功后,美国更大胆选择1963年开始研制的NERVA核热火箭发动机作为“土星五号”巨型火箭的新一代主发动机,承担起美国上世纪80年代登陆火星的梦想。

然而就在雄心勃勃的大功率核热火箭发动机开始测试时,阿波罗登月计划遭到尼克松政府大幅裁减,将更多的宇航员送上月球和载人火星计划更是被无限期推迟。1972年,已无用武之地的NERVA项目黯然下马。

相比美国,苏联在核火箭发动机领域走得更远。早在1950年,苏联就开始研发核热火箭推进技术。1965年,鉴于在载人登月领域已经落后,苏联转而将注意力集中在登陆火星上,决定研制大推力核热火箭发动机,并修建了完整的配套测试设施。美国取消载人登陆火星后,苏联评估认为,只需要15年时间,划时代的核热火箭发动机就将具有实用价值,因此仍咬牙坚持发展。从1970年到1988年,苏联共进行过30次核热火箭发动机的模拟试验,均取得成功,并研制了推力3.5吨的RD-0410和70吨的RD-0411两种核发动机。然而苏联解体后的动荡让这些成果失去意义。1994年俄罗斯彻底放弃核火箭发动机,据称很大部分相关研究资料后来被美国获得。

核动力卫星因事故被叫停

美苏很早就利用核电源作为深空探测器和卫星的主能源。美国发射的“先驱者”10号探测器、“旅行者”1号探测器以及木星和土星探测器都使用核电源。苏联则在1967-1982年发射了多颗用核反应堆作为电源的侦察卫星。按设计,一旦卫星寿命到期,核反应堆舱段将与主体分离,由火箭推到更高轨道运行600年。

这段时间堪称核动力卫星的黄金时期,然而接连的事故摧毁了人们的信心。1978年1月24日,苏联“宇宙954”号核动力卫星发生故障,核反应堆舱段未能升高而自然陨落,未燃尽的带有放射性的卫星碎片散落在加拿大境内,对周边10万平方公里的地区造成辐射污染,苏联国际形象也因此大损。正当苏联与加拿大就赔偿问题讨价还价时,1983年1月“宇宙1402号”核动力卫星再次发生类似故障,幸运的是核反应堆舱段在南大西洋上空再入大气层时完全烧毁。然而此事的恶劣影响让苏联和美国都彻底放弃了核动力卫星。

美俄新航天计划仍钟情核动力


进入21世纪后,痴心不改的美国和俄罗斯再次提出用核能探测太空的计划。2003年,美国航天局启动“普罗米修斯”项目,研发核反应堆驱动的新型电离子推进器,为前往木星的探测器提供动力,仅2005年该计划就获得4.3亿美元的资金。但此后美国航天局的研究计划转向重返月球,而前往月球并不需要核动力推进技术,该计划也因此搁浅。


2009年10月28日,俄联邦航天局局长佩尔米诺夫曾宣布将在2018年研制核动力载人飞船,以缩短飞往火星的时间。如今新的时间表被推迟到2025年,但对于俄罗斯是否有足够的研制经费,外界仍持怀疑态度。

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