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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


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
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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 。


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