熱核推進火箭發展與未來

編譯／鄭智懷

自1960年代開始，美國國家航空暨太空總署（NASA）致力於開發用於核動力火箭的核熱推進（NTP）技術，並成功推出第一台核動力引擎火箭（NERVA）。不過，在1970年代以降的預算縮減和登月計畫的結束，相關技術束之高閣。直到2020年以後，美國方重新啟動各種太空核動力系統、燃料等技術的研發，企圖使相關的技術開發獲得重生。

目前，美國研發核熱推進技術的兩支最具代表性的團隊分別是由國防高等研究計劃署（DARPA）核物理學家Tabitha Dodson博士領軍的「月軌內敏捷行動示範火箭」（DRACO）計畫研究團隊，以及由美國國家航空暨太空總署（NASA）、能源部（DOE），以及民間單位如麻省理工學院（MIT）、阿拉巴馬大學亨茲分校（UAH）Aerojet Rocketdyne等聯手的研究團隊。

根據國防高等研究計劃署的規劃，在2026財年設計並建造出由核熱推進技術提供動力，並且可以發射至地球軌道上的核動力引擎火箭，接著組成美國太空軍（Space Force）的核動力火箭艦隊，在太空推動大型衛星飛行。

而美國國家航空暨太空總署領軍的的團隊，則戮力於在2030年能開發出用於火星探索的核動力引擎火箭，允許太空人能快速且重複來回於火星和地球。

各方專家指出，核熱推進技術可以更快速、更安全的幫助人類完成太空探索。麻省理工學院航空航天學教授 Paulo Lozano指出，儘管在月球建立基地或前往火星等太空任務不見得只能仰賴核熱推進技術，但是「核推進有其優勢，可以快速運輸到深空目的地」，並且可以比任何技術都能做得更好。美國國家航空暨太空總署工程師Anthony Calomino則指出，相較於傳統推進技術需要九個月的時間，核熱推進技術只需四至六個月就可以到達火星，從而減少太空輻射對太空人的傷害。

不過，儘管核熱推進技術具有諸多優點，仍然需要突破如材料與核燃料限制、大眾對核能與火箭搭載放射性物質的安全擔憂，以及監管和預算限制等現實挑戰。

在材料與核燃料限制方面，雖然更高的溫度意味著能帶來更強的推力與比衝（specific impulse），但是這也代表者減低發動機的壽命與性能。其次，由於推進器所產生的溫度高達攝氏2,700度，目前尚未開發出可以實際應用於長時間飛行所需的核燃料。

在大眾對安全的擔憂上，儘管科學家已經圍繞核熱推進技術開發出諸多安全機制，降低意外事故所造成的風險機率與範圍。但是，大眾面對新技術，特別是核能，仍然需要相關單位投入更多的公關能量，說服群眾。

 而在監管和預算限制方面，近來的美國太空政策，例如川普總統於2019年8月公告的第 20 號國家安全備忘錄，授權核熱推進技術的開發，形塑了有利的法律與政策基礎。但是，監管機構如美國聯邦航空總署（FAA），或是國會卻不見得支持相關技術的開發，從而限制該技術的發展。

對此，美國航空與太空博物館（National Air and Space Museum）館長Michael Neufeld認為，只有美國太空需求與任務的改變，例如因為衛星擴散、大國競爭和太空軍的成立等，才可能扭轉上述各方的限制。

資料來源：Aerospace America、NASA

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