人類目前的火箭推進劑技術(shù)還停留在化學(xué)推進階段,主要使用的推進劑有液體推進劑(如液氫-液氧、煤油-液氧)和固體推進劑,它們都有各自的優(yōu)點。例如,固體推進劑可以在常溫下保存,不像液體推進劑需要低溫保存。但是,固體推進劑一旦被點燃,就會像彩彈煙花被點燃一樣燃燒不停。另外,固體推進劑的燃燒效率比液體推進劑低。
目前,我國新一代運載火箭廣泛采用的是無污染的煤油-液氧、液氫-液氧等液體推進劑。2023年7月12日,我國朱雀二號遙二火箭圓滿完成了發(fā)射任務(wù),這次發(fā)射使我國成為世界上首個掌握液氧甲烷推進劑火箭技術(shù)的國家。
化學(xué)推進劑被載人航天活動廣泛采用,卻也阻礙了人類進一步探索深空的進程。這是因為,如果我們希望火箭能抵達更遠的目的地,火箭就需要更高的加速度和更久的加速時間,也就需要攜帶更多推進劑。根據(jù)齊奧爾科夫斯基火箭方程式,化學(xué)火箭加速度的線性提升,伴隨的是推進劑質(zhì)量的指數(shù)提升。
況且,深空探索活動的減速階段也需要消耗推進劑?;鹦翘綔y器前往火星,需要達到在太陽系行星軌道上運行的速度,即第二宇宙速度(11.2千米/秒)。在“長征五號”火箭的加速下,“祝融號”火星探測器被加速到了第二宇宙速度。當火星探測器靠近火星時,則需要減速,從而被火星引力俘獲,減速過程也需要耗費大量推進劑?;瘜W(xué)推進劑的能量密度無法繼續(xù)滿足人類探索深空的需求,為此,核能推進方案被提出。
目前主流的核能推進方案主要分為核熱推進和核電推進兩種,前者利用裂變反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能將氫氣加速到極高速度并噴出,從而產(chǎn)生推力;后者利用核裂變反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能發(fā)電,并將氫氣加速噴出。
相比化學(xué)反應(yīng),核反應(yīng)釋放的能量是驚人的。1克放射性鈾通過裂變反應(yīng)釋放的總能量,是1克化石燃料完全燃燒釋放能量的上百萬倍。如果采用核能推進,人類就有望擺脫太空探索不得不攜帶大量推進劑的困境。