NASA 的核推进里程碑：自 20 世纪 60 年代以来的首次飞行反应堆试验
NASA 成功完成了一项全面的冷流试验任务，对其五十多年来首个核动力飞行反应堆工程开发单元进行了测试，这标志着长周期太空旅行的范式转变。这一里程碑于 2026 年 1 月 27 日在华盛顿特区公布，代表了核热推进 (NTP) 技术的关键进展。这一系列试验在亚拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心 (Marshall Space Flight Center) 进行，为超越化学推进的局限性、实现向火星及太阳系深处派遣载人飞船的宏伟目标提供了必要的实验基础。
回归原子能推进
NASA 的核推进历史是一段曾被中断的辉煌。在 20 世纪 60 年代，核火箭发动机应用项目 (NERVA) 展示了原子能在航天领域的巨大潜力，在项目因预算优先级变动以及机构重心转向航天飞机而关闭之前，该技术已达到了极高的成熟度。最近的 2025-2026 试验任务是自那个时代以来，首次有飞行级核反应堆单元接受如此严格的工程验证。这次回归核能研究不仅是怀旧式的复兴，更是受 Artemis 计划以及最终载人火星任务的复杂需求驱动的战略必然。
此次任务核心的工程开发单元 (EDU) 由位于弗吉尼亚州列治文市的 BWX Technologies 公司制造。这个全尺寸、非核试验品高 72 英寸，宽 44 英寸，是未来驱动深空飞船反应堆的高保真替代品。通过与行业领先者合作，NASA 正在利用现代制造技术解决曾难倒前几代工程师的热力与结构挑战，确保下一代火箭在拥有强大动力的同时具备极高的可靠性。
了解核热推进 (NTP)
要理解这些试验的重要性，必须了解核热推进与主导太空时代的化学火箭有何不同。传统的火箭，如太空发射系统 (SLS)，通过燃烧燃料和氧化剂产生推力。相比之下，NTP 系统使用小型核反应堆产生极高的热量。这种热能被传递给推进剂（通常是液氢），推进剂迅速膨胀并以极高的速度从喷嘴排出。由于推进剂不是被燃烧而是被加热，NTP 系统可以实现比最先进的化学发动机高出两到三倍的比冲（Specific Impulse，衡量燃料效率的指标）。
马歇尔太空飞行中心最近进行的“冷流”测试是指在此阶段没有发生实际的核裂变。相反，团队专注于系统的流体动力学。在 100 多项独立测试中，工程师们在不同的压力和温度下将各种推进剂通过 BWX Technologies 的单元，以模拟运行状况。这使得团队能够验证反应堆的内部几何结构，并确保推进剂在流经反应堆堆芯的复杂通道时表现出可预测的行为。
流体动力学的技术胜利
该任务最关键的发现之一是反应堆对流动诱发不稳定性 (Flow-induced instabilities) 的抵抗能力。在高能火箭发动机中，流动的流体往往会与发动机结构发生相互作用，产生破坏性的振荡、振动或压力波——这些现象可能导致灾难性的硬件故障。马歇尔的测试工程师成功证明，当前的反应堆设计在其整个运行范围内对这些破坏力具有免疫力。通过确认该单元在流动压力下的结构完整性，NASA 已经清除了通往飞行就绪系统道路上最重要的工程障碍之一。
NASA 马歇尔太空核推进办公室经理 Jason Turpin 强调了这些发现的历史分量。“这一系列试验产生了 50 多年来飞行级空间反应堆设计中最详细的流动响应数据，”Turpin 表示。他指出，收集到的数据对于设计飞行仪表和控制系统至关重要。除了流体物理学，EDU 还充当了制造和组装工艺的“先驱”，证明了现代航空航天供应链能够处理核集成硬件所需的精度。
火星过境优势
这项研究的最终目标是大幅缩短人类前往火星的过境时间。目前的化学推进系统需要大约九个月的单程航行。有了完全实现的 NTP 系统，这一时长可以缩短到四到六个月。这种时间的缩短不仅仅是为了方便，更是一项关键的安全措施。更短的过境时间显著减少了机组人员暴露于太阳和宇宙辐射的机会，而这些辐射是深空航行中的主要健康风险。此外，它还减轻了长期微重力对人体的生理损害，如骨密度流失和肌肉萎缩。
此外，核推进的高效率能够增加科学载荷的容量。由于用于笨重化学推进剂的质量减少，工程师可以为生命支持系统、科学仪器和高功率通信阵列腾出更多空间。这种提升的入轨质量能力确保了当人类到达火星时，将拥有执行高影响力科学研究和建立可持续存在所需的工具。
与 Artemis 计划及后续任务的整合
NTP 的开发并非孤立存在，而是与 NASA 更广泛的月球和火星架构紧密相连。虽然 Artemis 计划目前依赖于 SLS 和 Orion 航天器，但向长期月球基地的过渡将需要只有核能才能提供的高功率能力。这不仅包括推进，还包括地表电源。当前的 EDU 试验与敏捷顺月轨道行动演示火箭 (DRACO) 计划（NASA 与 DARPA 的合作项目）之间的协同作用，凸显了多机构致力于确保美国在空间核技术领域的领导地位。
从战略上讲，核推进的使用确保了美国能够在顺月空间（地球和月球之间的区域）维持“敏捷”行动。随着空间变得越来越拥挤和具有竞争性，快速有效地操纵大型载荷的能力已成为国家重要事项。来自马歇尔太空飞行中心的数据为 2020 年代末和 2030 年代初从实验测试向作战部署的过渡提供了路线图。
安全、环境规程与未来方向
现代空间核研究时代遵循比 20 世纪 60 年代严格得多的安全规程。其核心是使用高丰度低浓缩铀 (HALEU)。与过去使用的高度浓缩燃料不同，HALEU 提供了一种更安全、更稳定的燃料源，符合国际防扩散标准，同时仍能提供 NTP 所需的高能量密度。NASA 及其合作伙伴正与美国能源部 (Department of Energy) 密切合作，确保核生命周期的每个阶段——从燃料制造到发射以及最终处置——都符合最高的安全和环境标准。
展望未来，冷流任务的成功为“热”试验铺平了道路，届时反应堆最终将与核燃料集成，进行地面动力运行。这些未来的里程碑将使该机构更接近全规模飞行演示。正如 Jason Turpin 所总结的那样，每一次技术成功“都让我们更接近于扩展人类航天的未来可能性”。随着在马歇尔中心奠定的基础，通往繁星的快速、高效、原子能驱动之旅不再是上世纪中叶的遗迹，而是不久后触手可及的现实。
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