2.3 與風帆的發明相提并論？無奈的“流浪狗”

對核動力火箭前景的悲觀看法，雖然很多雄心勃勃的技術人員并不認同，然而，隨著美國空軍那份報告被擲地有聲地拋出，絕大部分核動力火箭項目僅僅開了個頭便偃旗息鼓了，只有幾個被認為技術門檻相對較低的核動力航空推進系統項目，得以維持經營。萬幸的是，這種陰暗光景并沒有持續很長時間。1951年，在橡樹嶺國家實驗室主持核動力航空噴氣發動機項目的羅伯特·W.布撒德博士，請求美國原子能委員會對核動力火箭計劃進行重新評估（原子能委員會就是后來的美國能源部的前身，從誕生伊始便是美國最重要的聯邦政府機構之一，主要負責核武器研制、生產和維護，聯邦政府能源政策制定，能源行業管理，能源相關技術研發等。能源部也是美國聯邦政府在基礎科學研究方面最主要的管理和資助機構，下設24個國家實驗室和大型科學試驗設施，如世界一流的橡樹嶺國家實驗室、阿貢國家實驗室、洛斯·阿拉莫斯國家實驗室，托馬斯·杰弗遜國家加速器試驗設施等都歸能源部管轄，研究的重點領域主要包括高能物理、核科學、等離子體科學、計算科學、材料科學，以及生物、化學、環境科學等）。這位核推進系統專家指出，根據核動力航空噴氣發動機項目的進展情況，此前對核動力空間推進系統的估計過于悲觀，事實上這樣的推進系統正是化學能推進系統最強有力的競爭者，可以更有效率地將同樣的載荷送往更遠的地方。一連串充滿說服力的計算數據，再加上布撒德博士出色口才的推波助瀾，核動力空間推進系統陰霍的前景總算顯露了一絲光明，1955年2月美國戰略空軍司令部終于同意重啟對核動力空間推進系統的研究項目。當然，這種“開恩”并非是出于對基礎研究突如其來的興趣，而只是杜威的實用主義在作祟——相對于星際航行的美妙憧憬，以核動力驅動核彈頭的“全核”戰略導彈顯然更能打動美國空軍那顆冰冷的心。

事實上，美國空軍重拾對核動力空間推進系統的興趣，還有一個不能不提的重要因素——在1955年，作為一系列核動力洲際轟炸機計劃的最初成果，由B-36改裝而來的X-6試驗型洲際重型轟炸機已經飛上天空。受此鼓舞，信心膨脹的美國空軍當然希望“百尺竿頭更進一步”，在更高的領域上有所突破，實現“全核洲際導彈”的夢想。于是盡管投資的功利性顯而易見，但美國空軍的大力支持還是很快見了成效。1955年7月，作為原子能委員會（USAF-AEC）的一個下屬機構，位于加利福尼亞大學校園內的核動力空間推進系統分部正式掛牌，一切似乎已經上了軌道。然而，剛剛見到了些曙光的事情很快又遭遇挫折。用于宇航的核動力推進系統當然不是彈指間便能輕松搞定的，將其投入實際應用更需要耐心，可惜美國國會的議員們卻沒有這份心境——由于無法在短期內看到立竿見影的成果，用于項目研究的預算被砍去十之七八，原子能委員會核動力推進系統分部相應的人員編制也不得不大幅收縮。情急之下，為了避免剛有起色的核動力空間推進系統研究再次陷入低谷，科學家們被迫采取迂回的辦法，先是由洛斯·阿拉莫斯國家實驗室出頭，打著研發核動力沖壓發動機的幌子（用于巡航導彈），設立了一個被稱為“冥王星”的計劃。不過，這個所謂的“冥王星”計劃實際上只是掛羊頭賣狗肉的空殼，其真正用意只是在于申請經費，然后用這些經費作為“食物”去喂飽那只“流浪狗”——一個關于核動力火箭的秘密研究計劃。雖然只是個見不得光的半官方“黑計劃”，但醉心于核動力火箭的科學家們很早就意識到，如果有機會看到突破性的進展，美國政府遲早會插手進來，所以作為美國乃至世界上第一個真正意義上的核動力空間項目，“流浪狗”日后在人類拓殖史上的地位大概會與風帆的發明相提并論。

但需要提前說明的是，這個包含了“天大”野心的計劃，其實在原理上與化學能推進系統并無本質差異，同屬工質型火箭范疇。兩者間的區別僅僅在于“流浪狗”所計劃裝備的熱能式核動力推進系統，以核反應堆替換了液體火箭二元推進劑中的液氧箱，整個核火箭發動機由裝在推力室承壓殼體內的核反應堆、冷卻噴管、工質輸送系統和控制系統組成。在核反應堆中，核能轉變為熱能，加熱工質。輸送系統將工質先送入噴管冷卻套，然后進入核反應堆加熱，最后通過噴管膨脹加速排出。發動機控制系統調節工質的流量和控制核反應堆的功率。雖然在工作原理上類似，都是通過加熱工質獲得推力，但這種熱能式核動力空間推進系統與化學能火箭發動機相比具有3個無法比擬的優點。第一，熱能式核推進系統只需要一種成分的工作介質，而不像化學能火箭那樣需要兩種（如液體火箭）或兩種成分以上（如固體火箭）的工作介質（傳統的化學能式推進系統，液氧占整個發射重量的70%以上，而核反應堆只占整個發射重量的20%不到）。第二，核裂變過程中釋放的巨大能量是化學燃燒（或爆炸）產生的能量所不能相比的，兩者之差是100萬倍（歸根結底，能量是推進動力的源泉）。第三，與巨大的能量釋放相對應，核裂變比化學反應能獲得更高的溫度。高溫或超高溫是使工作介質達到高流速、火箭達到高比沖的決定性因素之一。事實上，核熱推進系統的根本優勢就在于可以最大限度地利用自然界中分子量最小的單組分工作介質“氫”，從而得到最大的比沖（‘氫’是自然界中最接近‘真空’的物質，如果是高溫電離狀態下的‘氫’，這個特性更加接近‘所謂沒有質量只有壓強的理想氣體’）。假如以“氫”作為工作介質，在其他因素相同的條件下，核熱推進系統的比沖要比化學能火箭高出2倍多。由于比沖高，完成相同的空間飛行任務，核熱推進系統所需推進劑的質量僅為化學能火箭發動機推進劑質量的1/3。而所需的任務本錢不到化學能火箭發動機的44%。顯然，與化學能火箭推進系統相比，核熱推進系統具有極大的優越性。

具體而言，整個“流浪狗”核動力火箭計劃由兩個子項目構成，分別是作為推進系統核心的核反應堆（項目代號“救護機”），以及使用這套熱核推進裝置的運載火箭本身（項目代號“神鷹”）。而在兩個子項目中，核反應堆顯然是重中之重，關系到整個計劃的成敗。作為空間推進系統源源不斷的熱能提供者，對于航天用核反應堆的要求歸納起來大致有兩點：（1）功率密度大，能布置在火箭殼體的有限空間中，而且熱轉換效率要高；（2）能在強振蕩、大傾斜、強噪聲環境中長時間運轉，不會發生大的故障。這樣的要求與核潛艇反應堆的要求非常接近，只是對功率密度與熱轉換效率的標準更高罷了。事實上，通用原子能公司按照這一標準，已經成功制造出了用于洲際重型轟炸機的P-1型核反應堆。這就使“救護機”的研究并不是白手起家，而是有著非常詳盡的參考范本。自1955年核潛艇誕生以來，潛艇用的核反應堆有兩種類型，一種是壓水堆，另一種則是液態金屬堆。與壓水堆相比，液態金屬堆的熱效率較高，可以使核動力裝置的尺寸小而獲得較大的功率，顯然比壓水堆更適合空間推進系統。然而，液態金屬堆在技術水平上比壓水堆要高出一個級別，研制難度更大，這就需要先從陸上模擬堆開始，一步一個腳印地在摸索中逐步完善設計。所謂陸上模擬堆，也就是建造一個陸上試驗臺架式的核反應堆裝置，觀察它的運行狀態，必要時對其進行修改、培訓各類人員，試驗成功后進行鑒定，經再次設計最終達到裝機狀態。不過，關于如何建造陸上模擬堆有兩種不同的方案。一種方案主張在陸上建造分散的試驗室式的核反應堆裝置，它的優點是可以方便設計、制造、安裝、調試、運行檢查和維修。而當時美國海軍核推進計劃負責人海曼·里科弗海軍上將則堅決主張，從一開始就將臺架式的陸上模擬堆的核反應堆和附件裝置按實際裝機狀態一樣布置，并將這種主張歸納為“MARK-Ⅰ等于MARK-Ⅱ”公式表示。也就是說，在安排實施計劃時，為能保證一次成功，要求模擬堆的每個部件都必須比實際裝機工程狀態的部件提前幾個月完成制造，在模擬堆上的一些修改必須反映到實用堆中。這樣的模擬堆可以認為在總體上“MARK-Ⅰ等于MARK-Ⅱ”，而MARK-Ⅱ的情況比MARK-Ⅰ更能滿足核潛艇的實際要求。一目了然的是，海曼·里科弗研制潛艇核動力裝置的思想體系和理論是非常科學并符合實際的，因此這種方法最終為“救護機”核動力空間推進系統項目所借鑒。1957年4月，“救護機”項目的首個陸上模擬堆KIWI-A（“新西蘭人”）開始建設。

為了安裝到比潛艇內部更為狹小的空間，KIWI-A采用了緊湊的一體化布置結構，以簡化系統、外圍設備和附件，減少自身能量消耗、體積和重量。其堆芯本身屬于由液態金屬鈉進行循環冷卻的石墨堆，以碳化鈾棒為燃料，可以保證在3300℃的高溫下，仍然保持堆芯材料的物理機械性能，整體堆型設計非常合理。然而，如果按照“MARK-Ⅰ等于MARK-Ⅱ”的模擬堆建造原則來衡量，KIWI-A只有核反應堆艙部分，沒有二回路推進裝置部分，核反應堆產生的熱能只用1臺汽輪發電機來消耗，也就是說這個陸上模擬堆只是對核反應堆本身和一部分回路進行考核，并不完整。當然，從核動力計劃整體上的龐雜繁復來看，即便是進行了如此程度的簡化，KIWI-A也依然是個了不起的階段性成果。可惜的是，當1957年10月4日蘇聯的人造衛星開始從太空中傳來令人煩躁不安的“嘟嘟”聲時，美國人按部就班的套路都改變了，并不完整的KIWI-A模擬堆讓人感到實用化核動力空間推進系統的遙遙無期，美國空軍已經無法忍受核動力火箭項目緩慢的進展。事實上，早在KIWI-A開建之前，事情就已經有些不妙了。在1956年6月，美國空軍便明確表示，出于進度及技術風險方面的考慮，正在進行中的幾個洲際彈道導彈項目將不考慮采用過多的新技術。特別是利用核動力的推進系統。出于同樣的原因，甚至連已經成功試飛了47次的NB-36H——WS-125.A核航空器項目也被取消，也就是說，“全核戰略導彈”的夢想基本破碎。現在隨著蘇聯人將人類第一顆人造衛星送入近地軌道，急于扳回太空領域劣勢的美國人，又打算用技術成熟度高的化學能推進系統先將自己的衛星送入太空再說。于是，核動力火箭又一次在時間上被化學能火箭所打敗，本來一直按照正常科研節奏穩步推進的“流浪狗”計劃，一時間似乎失去了方向，被迫作為預研性質的技術儲備向空間探索方向發展。

不過，盡管轉入了預研狀態，但這并不意味著“流浪狗”停止了奔跑。事實上，也許吃核燃料的“流浪狗”在一開始可能的確沒有那些滿肚子化學推進劑的同類跑得快，然而如果假以時日，這只“流浪狗”的耐久性與爆發力卻不是后者所能比擬的。雖然50年代末的美國空軍被所謂“導彈差距”搞得焦頭爛額，但長遠目光終究還是有的，對核動力是未來一切空間計劃的希望這一點看得非常清楚。同時為了扭轉頹勢，美國政府在新成立的國家航空航天局（NASA）框架內與洛斯阿拉莫斯國家實驗室合作成立了美國國家航天核推進局，用于接管“流浪狗”計劃，以整合資源加速實用型核動力火箭的研制進程，搶在蘇聯人前面向月球乃至火星發射載荷。

另一方面，作為“獵戶座”曾經狂熱的支持者，在這個過于“暴力”的核火箭計劃的下馬實質上已成定局后，馮·布勞恩便將注意力轉移到了較為“溫合”的“流浪狗”計劃。他憑借自己的影響力，在與政府高層官員的交涉中取得了一定的進展，再加上國家航空航天局雖然因為害怕公眾反對“獵戶座”，因而不愿提供經費是可以理解的，然而他們對于資助載人航天的其他研究項目卻非常感興趣。因此，通過“變通”其他項目經費的辦法，“流浪狗”倒一直沒有“餓肚子”。1959年6月，在位于拉斯維加斯西北190千米的偏僻小鎮尼瓦達，KIWI-A陸上模擬堆成功運行了5分鐘，以1500℃的堆溫輸出即達70兆瓦。在隨后的幾個月，另外兩個同型號KIWI-A模擬堆先后投入了長期穩定運行。受此鼓舞，建造真正的全狀態模擬堆KIWI-B，被提上了日程。不過，與KIWI-A這種并不完全符合“MARK-Ⅰ等于MARK-Ⅱ”標準的模擬堆不同，KIWI-B是完全按照可升空的全狀態標準設計建造的：堆溫達3200℃。同時KIWI-B雖然仍以氫為工作介質，但已經由KIWI-A那體積龐大的試驗臺架用壓縮氣箱換成了緊湊的液氫氣瓶。人類的核動力火箭夢想似乎正在一點一滴地變為現實。