人类发明了核动力潜艇、核动力航母,为何不发明核动力飞机、火箭

长征五号成功发射之后 , 关心中国航天的朋友们一片欢腾 , 因为大家都知道 , 到2030年之前 , 中国有载人空间站的建设 , 月球采样返回以及火星探测都要仰仗它!但在欣喜之余吃瓜群众们肯定有一个问题 , 核反应堆能量那么大 , 可以用在火箭上吗?听说尼米兹可以十年不换燃料 , 如果用在火箭上 , 那不是太阳系都飞出去了吗?

人类发明了核动力潜艇、核动力航母,为何不发明核动力飞机、火箭

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关于核动力火箭的黑历史
其实核动力火箭并不是一种新玩具 , 而是在核能利用如火如荼的上世纪五六十年代早已被苏联和美国玩烂了 , 根据美苏当时的研究成果 , 双方都认为这种火箭十分适合太空飞行 , 但后来却不约而同的下马了 , 原因有些复杂!
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二战刚结束 , 核动力发动机就提上了日程 , 最早核动力发动机的装机需求是飞机 , 因为核动力超级能量密度 , 使得它一次装载燃料 , 可以绕地球数圈不用降落 , 这对于任何一个国家来说都是一种强大的诱惑 , 所以当时技术力量的最强的美国和苏联都上马了核动力发动机项目!
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1946年5月美国空军主持下的核动力发动机研制项目开始启动 , 苏联早期也已进行了技术论证 , 但一直就停留在图纸上上 , 当得到美国进展顺利时 , 同样也加入了这个竞争!当时用在飞机上的发动机打算利用核裂变加热流经发动机的空气 , 
直接加热空气:存在比较大的放射性污染但效率比较高
间接加热控制:不存在放射性污染 , 但效率稍低 , 结构复杂
将大气吸入发动机膨胀后高速喷出来取得前进的动力 , 有点类似于冲压发动机 , 但这种模式在大气层中使用并没有什么问题 , 但在宇宙空间使用时却遇到了问题 , 因为真空中并无大气 , 所以这种向后喷出的介质必须要火箭自身携带!
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  • 哪种介质最合适?
以地球的条件来说 , 水无疑是最丰富的 , 因为它密度很高 , 非常适合用来作为介质 , 但水在宇宙中并不容易取得 , 因此作为宇航级别的火箭 , 氢成了最好的选择 , 因为它导热性好、太空中易取得、速度转换效率高等优点 , 而水则成了第二选择 , 因为水在太阳系内还是比较容易获得的 , 比如小行星和卫星上就存在大量的水!
  • 用什么燃料?
当然是比较容易获得的U235了 , 而且有制造原子弹时的浓缩经验 , 将U235处于高浓度下裂变(90%) , 尼米兹航母的核燃料也是这个级别 , 它可以达到13年更换一次核燃料的水平!可以以及使用安全的减速剂 , 早期用的反应堆是石墨 , 但这在太空中显然不合适 , 因为石墨高温下会和氢反应生成乙炔和甲烷 , 一来容易积聚气体爆炸 , 而来还容易形成积碳 , 因此在核火箭反应堆中用的是氧化锆!
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  • 火箭发动机用什么循环?
正常情况下用什么循环问题并不大 , 毕竟核火箭有的是热量 , 因此循环选择一旦不合适可能会导致堆芯融毁的严重事故 , 因此美国人在验证了开始循环后发现存在严重的问题 , 比如介质流量不够时 , 如果吸收中子的控制棒没有及时降低功率 , 那么堆芯就可能出现融毁的风险 , 后期正式测试时选用了笔试循环 。
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右为闭式循环
  • 核动力火箭的命运如何呢?
大家都知道核火箭没有流行起来 , 因为美国的核火箭项目在1972年已经彻底终止 , 原因很简单 , 无法控制它的安全系数 , 因为经过核反应堆加热的介质具有放射性 , 而且它可能在通过大气层时发生爆炸和坠毁 , 将会长期大面积的污染环境!