2.5 漸入佳境

顯然，對真正的星際空間計(jì)劃來說，從頭到尾的全核動力是得不償失的下策，熱能式核動力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)勢不在于推力而在于耐久性，只將其作為沖出大氣層后的上面級才不失為真正的明智之舉（先用采用化學(xué)燃料的第一或是第二級推進(jìn)系統(tǒng)將載荷送到大氣層外，然后起動熱能式核動力推進(jìn)系統(tǒng)的上面級開始漫長的空間航行）。這是由于運(yùn)載火箭系統(tǒng)上面級的推進(jìn)系統(tǒng)并不需要過分執(zhí)著于比沖量的數(shù)字，熱能式核動力推進(jìn)系統(tǒng)的技術(shù)難度因此降低了幾個百分點(diǎn)。事實(shí)上，如果不用作起飛動力，以液氫為工作介質(zhì)的熱能式核動力推進(jìn)系統(tǒng)的研究難點(diǎn)已經(jīng)不是堆溫，而是長期航行所需要的耐久穩(wěn)定性。為此，就需要對液氫環(huán)路及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行精雕細(xì)琢。液氫密度小，因此體積流量大，對泵要求更高。另一方面，和其他推進(jìn)劑相比，使用液氫作為工質(zhì)的熱能式核動力發(fā)動機(jī)還需要額外的“預(yù)冷”系統(tǒng)，因此，在推進(jìn)劑進(jìn)入管路前先對管路進(jìn)行預(yù)冷，防止低溫推進(jìn)劑突然流進(jìn)管路時將導(dǎo)管凍壞（液氫還有一個特殊的危險性質(zhì)：它不導(dǎo)電。推進(jìn)劑在管路中流動時會因摩擦產(chǎn)生靜電，液氫不導(dǎo)電所以無法像其他推進(jìn)劑一樣將電荷傳給管路，而只能越積越多，放電時產(chǎn)生火花會引發(fā)爆炸，必須防止這一情況發(fā)生）。雖然要做好液氫環(huán)路及冷卻保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并非是一蹴而就的事情，但相比一味地提高堆溫還是簡單了許多。另一方面，DARPA的介入也使整個項(xiàng)目的內(nèi)部管理變得條理清晰。于是在調(diào)整了研究思路后，美國“核動力火箭”計(jì)劃的前景終于柳暗花明。

1963年4月，痛定思痛的SNPO重新調(diào)整了NERVA的方案。新的NERVA采用了化學(xué)能與核動力混合的三級方案，即兩個下面級干脆采用“拿來主義”。將正在研制中的土星C-5運(yùn)載火箭相應(yīng)部分完整地移植過來，第三級載荷則使用改良后的NERVA熱能式核動力發(fā)動機(jī)進(jìn)行大氣層外的空間航行（以KIWI-B模擬堆為技術(shù)基礎(chǔ)）。不過由于是工程樣機(jī)，這個令人印象深刻的第三級重量將只有50噸，包括核反應(yīng)堆在內(nèi)的NERVA推進(jìn)艙段更是僅有7米長，非常緊湊。不過到了1965年，由于SNPO將RIFT項(xiàng)目定位為未來火星載人登陸計(jì)劃的驗(yàn)證工程，因此對核反應(yīng)堆的功率提出了更高要求，KIWI-B的性能已經(jīng)無法滿足。于是在這一年的年底，SNPO決定拋開KIWI-B系列核反應(yīng)堆的原有框架，為NERVA設(shè)計(jì)一顆更為強(qiáng)大的核動力心臟。先是經(jīng)歷了NRX-A2、Kiwi-TNT、NRX-A3等改進(jìn)型模擬堆的穩(wěn)步推進(jìn)。而到了1966年2月，全新設(shè)計(jì)的Phoebus1-A模擬堆在起動2分鐘后便達(dá)到了1100兆瓦的峰值（KIWI-B的極限是1000兆瓦），并隨后以這種狀態(tài)成功運(yùn)行了110分鐘。Phoebus1-A模擬堆的出色表現(xiàn)實(shí)際上預(yù)示著一個良好的開端，1967年2月23日，NERVA熱能式核動力發(fā)動機(jī)項(xiàng)目邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。以新建造的Phoebus1-B為核心，配置完整的NERVA在500兆瓦功率狀態(tài)下，首次以全狀態(tài)模式，通過加熱液氫產(chǎn)生了35噸的最大推力。此后，SNPO又不斷推出了NRX-A6、XECF、Pewee-1等不同架構(gòu)的大功率模擬堆，最后當(dāng)集上述之大成的XE模擬堆成功實(shí)驗(yàn)了28次后，人們終于確信，從1940年起，馮·布勞恩就一直為人們描繪的“火星狂想曲”，已經(jīng)的確有可能被奏鳴了。

1966年3月-12月進(jìn)行試驗(yàn)的NRX-EST模擬堆

1969年，當(dāng)全世界的目光都為阿姆斯特朗留在月球上的腳印所深深吸引，并為那句著名的“個人的一小步，人類的一大步”而激動不已時，卻很少有人注意到，人類更大的一步正在堅(jiān)定而有力地邁動。從1969年5月到1969年9月，NERVA連續(xù)進(jìn)行了25次非常成功的試驗(yàn)，長時間的耐久性工作推力被穩(wěn)定在25噸左右。就這樣到了1969年年底，美國人已經(jīng)掌握了核動力火箭的一切關(guān)鍵技術(shù)：液氫環(huán)路大功率渦輪泵；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)穩(wěn)定裝置；核反應(yīng)堆停機(jī)及重啟裝置；用于噴管、燃燒室及閥門的耐高溫材料；數(shù)控核反應(yīng)堆功率控制調(diào)節(jié)裝置；核反應(yīng)堆過載保護(hù)及反輻射裝置等。而這一系列關(guān)鍵技術(shù)的突破使人們意識到，“真正的星際推進(jìn)裝置已經(jīng)出現(xiàn)”。事實(shí)上，如果按照“搭積木”的所謂模塊式設(shè)計(jì)，將推力35噸的實(shí)用型NERVA核動力發(fā)動機(jī)與不同功能的任務(wù)艙裝配在一起，一艘艘可在太陽系內(nèi)航行的核動力飛船便赫然躍于紙上，同時得益于NERVA核動力發(fā)動機(jī)苗條的身材（相對而言），這樣的核動力推進(jìn)系統(tǒng)又能被控制在可用土星C-5火箭將之發(fā)射升空的最大重量限度內(nèi)……不久，另一個更大的驚喜將人們的期盼推向了巔峰。1972年，SNOP驕傲地宣布：功率為5000兆瓦，耐久性工作推力達(dá)90噸的NERVA-2核動力發(fā)動機(jī)試驗(yàn)成功（XE反應(yīng)堆）。于是人們開始認(rèn)真考慮以載人登陸的方式征服火星的可能性。

Phoebus1-B核反應(yīng)堆與液氫壓力艙正在對接組裝

包括液氫儲存罐及尾噴口在內(nèi)，以Phoebus1-B核反應(yīng)堆為核心的NERVA熱能式核動力發(fā)動機(jī)全貌（試驗(yàn)臺架上的那個“大水罐”實(shí)際上就是按照火箭內(nèi)部空間設(shè)計(jì)的保形液氫壓力艙。理論上，其實(shí)熱能式核動力推進(jìn)系統(tǒng)與化學(xué)能推進(jìn)系統(tǒng)并無本質(zhì)區(qū)別，都是通過加熱工質(zhì)產(chǎn)生推力。只不過化學(xué)能火箭發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑既是能源也是工質(zhì)，它在燃燒室內(nèi)進(jìn)行放熱反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，生成高溫燃?xì)猓?jīng)噴管膨脹加速，將熱能轉(zhuǎn)化為氣流動能，以高速從噴管排出，產(chǎn)生推力）

1968年2月-4月進(jìn)行試驗(yàn)的XECF模擬堆

NERVA熱能式核動力推進(jìn)系統(tǒng)陸上模擬堆試驗(yàn)情況一覽表

*1100兆瓦全功率狀態(tài)，連續(xù)工作時間為60分鐘