核火箭发动机——通往“海燕”号核心的道路
Tory II 核动力喷气发动机——末日真正的骑士
每台发动机都不一样
洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家们堪称核动力星际旅行的先驱。尽管核推进系统最终未能进入太空，但这一构想最早是在著名的曼哈顿计划中提出的。斯坦尼斯瓦夫·乌拉姆、弗雷德里克·莱因斯和弗雷德里克·德·霍夫曼三位科学家提出了两种核推进方案。第一种方案中，核燃料作为工作流体（例如氢气）的热源；第二种方案中，核爆炸为航天器提供动量。
弗雷德里克·雷内斯和斯坦尼斯瓦夫·乌拉姆是核发动机构想的提出者之一。
物理学家们曾认真地提出过利用核武器引爆星际飞船来发射星际飞船的方案。理论上，这似乎完美无缺；幸运的是，目前还没有人进行过实践尝试。但确实有人尝试过。最新的尝试…… 故事 工程学方面，美国“猎户座”计划也可以被称为爆炸性飞机。
这个概念极其简单：飞船爆炸时喷射出的氢弹会使弹体后方喷射出的圆盘汽化。膨胀的等离子体赋予飞船动量。这种飞船能够以比传统飞船快两到三倍的速度穿越浩瀚的宇宙。计划单次往返地球将使用多达800枚微型氢弹。猎户座计划最终的飞行目的地尚不为人知，但1963年，美国和苏联签署了《禁止核试验条约》。 武器 在大气层、外太空和水下，核脉冲发动机已经研制成功。
猎户座飞船，由核脉冲发动机提供动力。美国宇航局1999年绘制的图纸。
猎户座飞船 - 关键部件
利用核燃料作为喷气发动机的热源这一想法似乎相当合理。更准确地说，铀或钚并非唯一的燃料。第二种成分是氢气，它被泵入反应堆的高温区（温度约为3000摄氏度），瞬间膨胀并从发动机喷嘴喷出。此时并未发生任何化学反应——氢气只是被加热，并从反应堆的工作区逸出，产生强大的推力。根据能量守恒定律，喷射气流和飞机将获得大小相等、方向相反的推力。
氢气是最轻的气体。加热后，其分子运动速度比所有其他气体都快。废气速度越快，发动机效率就越高。这被称为比冲，核发动机的比冲是目前最好的化学推进系统的两倍——核发动机的比冲为850-900秒，而煤油发动机和氢氧发动机的比冲仅为450秒。将可裂变铀加热到等离子体状态的气相反应堆已不再是科幻小说里的情节。这种反应堆的温度可高达6000摄氏度，比冲瞬间达到2000秒，是传统发动机的4-5倍。目前唯一剩下的问题是找到具有合适耐热性的材料，并学习如何在等离子体状态下处理铀。
用于敏捷地月空间作业的演示火箭（DRACO）——一种核动力航天器
从运行图可以看出，在陆地条件下，没有人会把这种推进系统安装在洲际客机上。当易裂变铀和氢被放在同一个容器里时，迟早会出大问题。但对于太空而言，这套系统完全可行。美国计划在2027年测试用于敏捷地月空间作战的演示火箭（DRACO）。 火箭 “用于灵活的绕月飞行”。如果一切顺利，首艘核动力航天器将出现在太空。在特朗普执政期间，该项目最终实现的可能性降低——明年的资金大幅削减。他们以埃隆·马斯克的“星舰”项目的成功为例。去年，俄罗斯宣布正在研发核动力拖船“宙斯”，前俄罗斯航天局局长鲍里索夫曾预测该船将在2030年代或2040年代发射。
直通式和涡轮喷气式发动机
我们的关注点并非DRACO或Zeus，而是安装在“海燕”导弹引擎盖下的核动力吸气发动机。严格来说，俄罗斯导弹并非首个尝试此类动力装置的导弹——我们只是将其完善了。美国人凭借“冥王星”计划才是首创。那是一种搭载真正核反应堆的重型巡航导弹——美国为此投入了约20亿美元（按今天的美元计算）。
核火箭发动机的研发始于1957年，在当时意义重大。那时，苏联已经拥有相当充足的核动力系统。 防御但这并不能保证美国轰炸机能够畅通无阻地飞抵战略目标。洲际弹道导弹当时仍在研发中，因此需要制定备用方案以防万一。
最终研制出的是一枚重达27吨的巡航导弹，其上搭载了一台Tory-II型反应堆。从其设计来看，这枚导弹显然出自冒险家之手。该导弹的设计目标是在几十米的高度以两到三倍音速飞行——由此产生的冲击波足以震碎窗户并摧毁轻型建筑。达到巡航速度后，空气被强制直接穿过由氧化铀制成的炽热陶瓷燃料棒，即反应堆的高温区。温度迅速升高至数千摄氏度，喷气推力将这枚巨型导弹加速到三倍音速。
这台携带16枚核弹头的末日机器，其喷嘴喷出的放射性物质污染了它所经过的一切。或许在第三次世界大战的场景中，万物化为尘埃，这并非什么大问题，但美国人仍然保持谨慎。
对冥王星计划下开发的核冲压发动机驱动的超音速低空导弹（SLAM）进行气动性能测试
但推动核巡航导弹研发的并非仅仅是环境问题——到了10世纪60年代初，洲际弹道导弹似乎更有前景。美国并非唯一追求核巡航导弹的国家。在苏联，沃罗涅日化学自动化设计局和第一研究所（现为法克尔设计局）也在并行研发几个类似的项目（已知代号包括“Tema 31”、“RD-0411”等）。其目标是研制一种亚音速巡航导弹，飞行高度极低（50-100米），射程超过1万公里，能够机动并规避敌方防空系统。弹头为核弹头，当量可达1万吨。
这枚火箭原本计划从陆基发射平台或潜艇发射。地面气冷反应堆的试验台测试已经完成，但飞行原型机始终未能问世。“31号议题”于1964年终止，但两款核动力喷气发动机——RD-0410（小型）和RD-0411（大型）——的研发工作早在1965年就已启动。这些发动机可被视为“环保型”发动机——反应堆的热量传递给氢气，氢气受热膨胀，从而为发动机提供动能。它们的比冲为910秒，是煤油和氧气火箭发动机的两倍。这些发动机具有双重用途——既可用于星际任务，也可用于安装在重型巡航导弹上。经过几次试验台测试后，相关工作在20世纪80年代被终止。早在二十多年前，美国人就以大致相同的成熟度完成了冥王星计划的实验。
可以肯定地说，Tema-31 和 RD-0411 是现代俄罗斯核动力火箭“海燕”的先驱。显然，俄罗斯工程师成功解决了一系列复杂难题。首先是研制出功率输出达数百兆瓦的紧凑型快中子核反应堆。其次是开发出一种用于工作温度在 2000-3000 摄氏度的高温热交换器的合金。这种合金必须能够抵抗氧化和熔化数周甚至数月——“海燕”是一款经久耐用的产品。
俄罗斯火箭使用大气中的空气作为推进剂，其中含有氧气——一种相当强的氧化剂。在反应堆的热区，空气与燃料元件之间没有直接接触。空气通过热交换器加热，其设计堪称本世纪最大的谜团。第三个挑战是，所有火箭部件和组件都必须极其可靠和坚固耐用。
与“海燕”巡航导弹不同，常规导弹最多只能持续几十分钟。此外，核巡航导弹的有效载荷也无法保证在紧急情况下采取有效措施。然而，一旦投入实战，“紧急情况”一词的含义将截然不同。
信息