“大刘科普”是我一直很喜欢的一个科技类视频Vlog主，就像他自己打趣一样，自己是饭局上的“懂王”，他的知识面涵盖了科技行业的绝大部分领域，而且搜集信息的能力非常强，这其中就包含了航天领域。昨天看了大刘的最新一期关于“NASA核动力火箭”的视频，或许是为了吸引眼球，该视频的副标题是“SpaceX的液氧甲烷瞬间不香了”。尽管视频最后大刘也指出了“星舰”和“核热火箭”没有可比性，但肯定有不少只看标题的人多少会产生误解，以为运载火箭要出革命性的技术了。所以直接说结论吧，这里的核火箭指的是“核热推进火箭”（NTR），也就是通过核裂变产生的热量给推进剂加温膨胀，然后通过喷嘴喷出来产生推力，这里的推进剂一般是液氢。严格来说，核热火箭应该被称作核热上面级或者核热飞船，且只能应用于外太空领域。在可以看见的未来，核热火箭不可能取代化学火箭，而且目前也仅仅是试验台的水平。
最近炒起来的核热火箭几个比较大的噱头包括“5000秒比冲”、“一个月到火星”等，看起来就非常吸引眼球，但这些都只是理论上，可能未来几十年都无法实现。现在比较现实的情况是，NASA和DARPA（美国国防高级研究计划局，达帕）合作的“敏捷地月操作演示火箭”（DRACO）是目前唯一推进比较顺利的核热火箭项目。该火箭的目标是制造一个基于核裂变反应堆的核热引擎上面级（或摆渡船），由商业运载火箭（可能是SpaceX的猎鹰）送入高地球轨道，然后在轨激活核热发动机，演示其前往月球的能力，任务有望在2027年内执行。该核热引擎的预期比冲只有700秒左右，仅比氢氧上面级高40%，但未来改进后的引擎比冲有望冲击900秒。除了演示之外，DRACO没有任何的任务能力，说这只是一个试验台也不为过。至于飞往火星，保守说20年内可能都不会有，那时SpaceX的星舰应该早已在火星安营扎寨。
其实核热推进火箭的研究有着悠久的历史，早在1946年美国军方就收到过核热推进的相关建议；从1955-1973年，NASA、达帕（DARPA）、美国能源部都积极参与了NTR核热火箭的研究并进行了多次测试；英国、以色列、原苏联等也都进行过NTR的相关研究，但还是美国走的最远。美国在1960年代成功试车过连续输出4000兆瓦功率112分钟的Phoebus核热引擎。遗憾的是由于美苏月球争霸时代的结束，NASA将更多的资源转移到了航天飞机等更现实的领域，NTR研究一度被搁浅。一直到航天飞机退役2年后的2013年，NASA的马歇尔太空中心重新开始研究基于NTR的从地球到火星的可能性，但也仅仅是理论阶段，直到川总上台后的2017年，NASA第一次给与NTR项目1880万美元的合同，两年后的2019年，国会又批准了约1.25亿美元的预算进行一次演示飞行。这一阶段唱主角的还全是NASA，但情况在2020年发生了变化。
达帕DARPA一定是对NTR项目念念不忘，在太空军也表现出对NTR核热推进火箭兴趣后，达帕似乎对NASA的进度不太满意，于是抛开NASA独自推出了基于NTR引擎的“敏捷地月操作演示火箭”（DRACO）项目。2021年，达帕将DRACO第一阶段的核反应堆初步设计合同给了通用原子公司，洛马公司和蓝色起源则获得了航天器的初步设计合同。不过DRACO项目的后续推进似乎并不如意，于是两年后的2023年1月，达帕正式与NASA结盟，两家机构将共同推进基于NTR的DRACO项目发展，其中NASA将负责制造核反应堆发动机，而达帕则负责开发航天器并集成和发射，从这时起，DRACO计划的第二阶段启动。到了2023年7月26日，NASA和达帕终于公布了第二阶段的胜出者——由洛马公司制造航天器、BWXT公司提供核反应堆和燃料，该项目预算约为5亿美金，并将在2027年底前实施发射（这个就是近期被热炒的“核火箭来了”的新闻）。
阻碍NTR火箭前进的阻力其实还挺多，除资金外技术上的难度也非常高。比如液氢在太空中难以长时间保存、核反应堆启动跟停机过程都比较慢、如何处理反应堆与载荷的辐射隔离以及核发动机的能效比（比冲）需要长期的迭代设计才能有效高于化学引擎等，这些都不是三年五年能解决的问题；其实我对2030年前NTR演示火箭能发射不报太大希望，毕竟核裂变火箭发动机美国人也没弄上天过，更不用说NTR能飞去火星了；但我相信2030年SpaceX的星舰首飞火星还是很有希望的。美国人自己预期的NTR火箭飞往火星的时间在2039年前后，这其实是个很遥远的数字，所以看看就好，未来几年如果再有新闻说核火箭相关的内容，您当个乐子看看就好。所以坐稳了扶好了，目光转回到SpaceX吧，数周后星舰又要飞了！
