第31卷第2期火箭推进Vol.31,№.22005年4月JOURNALOFROCKETPROPULSIONApr.2005核火箭原理、发展及应用何伟锋，向红军，蔡国飙（北京航空航天大学宇航学院，北京100083）摘要：人类在不懈地对浩瀚的宇宙进行着探索，而强劲的推力是人类探索宇宙的关键。化学火箭在人类宇宙探索活动中书写了一页又一页的华丽篇章，现今在人类新的探索使命下，出现了激光、太阳能、微波、核热能等新的推进技术。在这些技术中，核火箭推进无疑是人类继续探索太空最有希望的技术之一。对核火箭的原理、发展状况以及应用前景进行了介绍。关键词：核热能；火箭发动机；高温气冷堆中图分类号：V439文献标识码：A文章编号：(2005)02-0037-07Thefundamentals,developmentsandapplicationsofnuclearrocketpropulsionHeWeifeng,XiangHongjun,CaiGuobiao（SchoolofAstronautics,BeijingUniv.ofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China）Abstract：Thevastspaceisexploredcontinuouslybyhumanbeing,andthestrongthrustisofgreatimportance.Thechemicalrockethasbeenusedduringtheformerexplorationevents.Today,somenewpropulsiontechnologies,suchaslaser,solarenergy,microwaveandnuclearthermalpropulsionarepresented.Inthesetechnologies,oneofthemostpromisingtechnologiesforthefutureexplorationtodeepspacemaybeNuclearThermalRocketPropulsion.Thefundamentals,developmentsandapplicationsofNuclearThermalRocketPropulsionwillbediscussedhere.Keywords：nuclearthermalenergy;rocketengine;hightemperaturegas-cooledreactor索宇宙，却由于化学火箭自身的限制而渐显乏力。1引言火箭飞行速度增量DV可由著名的齐奥尔科夫斯基公式计算：迄今为止，人类在探索宇宙的过程中已取得了巨大的成绩，但要用传统的化学火箭进一步探DV=IspInm=IspIn(MiMf)收稿日期：2005-01-11；修回日期：2005-02-06。作者简介：何伟锋（1978—），男，硕士研究生，研究领域为航空宇航推进理论与工程。38火箭推进2005年第31卷式中Isp为比冲，s；m=MiMf为火箭质量次临界状态，相当于停堆或降功率的过程。数；Mf为最终质量；Mi为初始质量。当前比冲最高的化学火箭发动机是液氢液氧火箭发动机，其最高比冲约为450s，在目前的技术条件下三级火箭所能达到的最高质量数约为10，且基本上已达极限，因此化学火箭的最高速度增量约为10km/s。采用氢气作为工质的核热火箭比冲可达1000s以上，其速度增量大于22km/s，超过了第三宇宙速度(16.7km/s)，可广泛用于将来的空间任务，包括太阳系内的空间任务和星际间的空间任务。2核火箭原理核火箭有核裂变火箭和核聚变火箭两大类。利用核聚变反应产生的能量作能源的火箭，叫核聚变火箭。由于受控核聚变反应还在研究中，在过去的五十多年以及未来的二、三十年内人类唯一能利用的核火箭是由核裂变反应提供能量的核裂变火箭。核裂变火箭又可分为核热火箭、核电火箭、混合核热/核电火箭、核裂变碎片火箭、核脉冲火图1核热火箭结构示意图箭、核冲压火箭等。Fig.1Nuclearthermalrocketconfiguration核热火箭2.1核热火箭是利用核裂变的热能将工质加热到核热火箭具有推力大、比冲高、可多次启动很高的温度，然后通过收缩扩张喷管加速到超音等优点。一般由反应堆、贮箱及涡轮泵系统、管流而产生推力的火箭发动机系统。其工作原理与路与冷却系统以及喷管组件构成，反应堆的结构液体火箭发动机相似，所不同的是核热火箭用核形式为高温气冷堆，包括燃料组件、支撑结构、反应堆取代了液体火箭中的化学燃烧。图为核