NASA中文爱好者团队|可能还得靠核动力推进，火箭想要飞得更快：火箭想要飞得更快

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图片来源：Pixabay
美国航空航天局（NASA）和埃隆·马斯克（ElonMusk）都有着出征火星的梦，远距离航行的载人航天飞行任务也终将如期而至。但有一点你可能不会想到，那就是现代火箭的前进速度并没有过去那么快了。
速度更快的航天飞船在很多方面上都占据优势，而核动力火箭（nuclearpoweredrocket）就是给飞船加速的一种方法。与传统燃烧燃料的火箭或是现代太阳能电推进火箭相比，核动力火箭具有许多优势，但在过去的40年中，美国只有8次航天发射用到了核反应堆。
在2019年，规范核航天飞行的相关法规发生了变化，下一代火箭的工作也已经重新开始了。
为什么要追求速度？
太空旅行的第一步涉及的就是用火箭将飞船发射进入轨道，人们在想到火箭发射时会在脑海中刻画出大型燃烧燃料的发动机，也就是发射火箭，由于地球重力的限制作用，在可预见的未来发射火箭都不太可能消失。
一旦飞船到达太空，事情就会变得有趣起来。为了逃脱地球的引力前往深空中的目的地，飞船需要额外的加速度，这个时候核系统就能发挥作用了。如果宇航员想要探索比月球或者火星更远的地方，他们将需要以非常非常快的速度前进。宇宙如此浩瀚，一切都遥不可及。
火箭速度更快对于长距离太空旅行来说更有利的原因有两个：一是安全性，二是时间性。
前往火星旅行的宇航员将会被暴露在非常高的辐射水平中，这可能导致严重的长期健康问题，例如癌症和不育症。辐射防护能起到一定的保护作用，但是它非常沉重，并且任务越长，需要的防护就越多。减少辐射暴露更好的方法则是更快地到达目的地。
宇航员的人身安全还只是其中一个好处。随着各大太空机构进一步深入太空，从无人飞行任务中尽可能快地获取数据变得非常重要。旅行者2号（Voyager-2）花了漫长的12年时间才到达海王星，飞掠过海王星时拍下了一些令人难以想象的照片。如果旅行者2号具有更快的推进系统，那么天文学家其实可以更早地获得这些照片和其中包含的信息。
高速的优势显而易见，但为什么核系统更快些呢？

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土星5号运载火箭高约363英尺（110米），主要的组成部分是一个燃料箱。
图片来源：迈克·捷策（MikeJetzer）/heroicrelics.org,CCBY-NC-ND
图片汉化：哇喳
当下的系统
一旦飞船逃脱了地球的引力，在比较任何推进系统时都有三个重要方面需要考虑：
·推力（Thrust）：系统能以多快的速度对飞船进行加速
·质量效率（Massefficiency）：对于给定的燃料质量，系统可以产生多少推力
·能量密度（Energydensity）：给定质量的燃料可以产生多少能量
如今，最常用的推进系统是化学推进系统（chemicalpropulsionsystem），即常规燃烧燃料的火箭推进系统，以及太阳能电推进系统（solar-poweredelectricpropulsionsystem）。
化学推进系统能提供很大的推力，但化学火箭的质量效率并不是特别高，火箭燃料的能量密度也不高。将宇航员送上月球的土星5号运载火箭（SaturnV）在升空时产生了3500万牛顿的力，运载了95万加仑（约36万升）的燃料。尽管大部分燃料用于使火箭进入轨道，但局限性显而易见：去任何地方都需要大量沉重的燃料。
电推进系统则是利用太阳能电池板产生的电能来产生推力，最常见的方法是使用电场对离子进行加速，例如在霍尔推力器（Hallthruster）中。电推进系统通常用于给卫星供电，其质量效率比化学推进系统高出5倍以上，但是相对而言电推进系统产生的推力却要小得多，大约只有3牛顿，换种更容易理解的说法，也就是只能在大约两个半小时内让汽车从0加速到97千米/小时。电推进系统的能量来源，也就是太阳，本质上是取之无禁用之不竭的，但实际上航天器距离太阳越远，太阳能的作用就越微小。