俄亥俄州立大学的工程师们正在开发一种名为“离心式核热火箭”(CNTR)的新型核推进系统。该系统利用液态铀直接加热火箭推进剂,旨在提高发动机效率并降低运行风险,相较于传统的固体燃料元件,这一方法有望显著提升火箭性能。CNTR项目是未来太空探索的关键技术之一。俄亥俄州立大学机械与航空航天工程学副教授迪恩·王(Dean Wang)指出,随着人类重返月球和近地空间计划的增多,核热推进技术正受到越来越多的关注,并强调了现有化学发动机在实现这些宏伟目标方面的局限性。
目前的化学发动机虽然是航天飞行的基础,但在推力和推进剂消耗方面存在瓶颈,导致任务周期漫长。例如,“新视野号”探测器前往冥王星的任务就耗时九年。为了缩短旅行时间并增加有效载荷,先进的推进系统必不可少。CNTR设计的目标是将当前化学发动机的效率提高一倍。化学发动机的比冲(specific impulse)约为450秒,而20世纪60年代测试的核推进发动机已达到约900秒。CNTR预计将超越这些数值,有望通过更快的旅程和更少的燃料需求彻底改变太空旅行。
核热推进还将提供更大的任务灵活性。火箭能够采用新的飞行轨迹,从而实现更快的火星载人往返任务,并支持单程前往外行星的无人探测任务。博士生斯宾塞·克里斯蒂安(Spencer Christian)提到,单程前往火星可能只需六个月。这项研究与俄亥俄州立大学在航空航天创新方面的承诺相一致。该大学于2025年4月参加了航空航天推进推广计划(APOP),与美国空军研究实验室合作展示了新的推进概念。
尽管前景广阔,CNTR仍面临工程挑战,包括确保稳定运行、最大限度地减少燃料损失以及防止发动机故障。王教授承认这些挑战的存在,并表示虽然物理原理已得到充分理解,但技术难题仍需克服。该CNTR概念预计将在五年内达到设计就绪阶段,并进行最终的实验室演示,为未来的核热推进技术提供指导。王教授强调,需要持续优先发展太空核推进研究,以促进技术的成熟。
截至2025年9月17日,CNTR项目正按计划推进设计就绪,并持续致力于解决技术挑战。该项目汇集了教职员工、学生和行业合作伙伴,共同致力于通过核热推进技术推动太空旅行的发展。值得注意的是,与传统核推进系统相比,CNTR有望将效率提高一倍,并且在20世纪60年代的NERVA计划等早期研究的基础上,其比冲值有望达到1800秒,远超化学发动机的450秒。此外,该技术还展现出在推进剂灵活性方面的潜力,能够使用氨、甲烷、丙烷或肼等多种推进剂,这可能为利用小行星或柯伊伯带天体资源进行太空加油开辟新的可能性。