摘要：在太空探索领域，美国科学家正在研发一种全新的核热推进技术，即“离心式核热火箭”（Centrifugal Nuclear Thermal Rocket，简称CNTR）。该技术由阿拉巴马大学亨茨维尔分校与俄亥俄州立大学的研究团队联合开发，旨在通过使用熔融铀燃料，显
在太空探索领域，美国科学家正在研发一种全新的核热推进技术，即“离心式核热火箭”（Centrifugal Nuclear Thermal Rocket，简称CNTR）。该技术由阿拉巴马大学亨茨维尔分校与俄亥俄州立大学的研究团队联合开发，旨在通过使用熔融铀燃料，显著提高航天器的推进效率。
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CNTR的核心在于使用熔融状态的铀燃料，通过高速旋转的离心力将其稳定在反应堆中。随后，氢气被注入熔融铀中，迅速加热并通过喷嘴喷出，产生推力。这种设计与传统的固体核热推进系统不同，后者使用固态燃料元件，而CNTR则利用液态燃料，允许更高的工作温度，从而提高推进效率。
研究表明，CNTR的比冲（衡量火箭效率的关键指标）可达到约1500秒，几乎是NASA当前DRACO计划中固态核热推进系统（约900秒）的两倍。这意味着，使用CNTR技术的航天器在相同的燃料消耗下，能够实现更大的速度变化（delta-v），从而缩短任务时间或增加有效载荷。
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尽管CNTR技术前景广阔，但其开发面临诸多工程挑战。研究团队在《宇航学报》（Acta Astronautica）上发表的最新论文中，详细列出了十项关键问题，并集中研究了其中四项：
中子行为管理：为了稳定反应堆内部温度，研究人员在模型中引入了铒-167同位素。此外，裂变副产物如氙和钐可能对反应产生负面影响，需要进一步的模拟研究以有效移除这些副产物。氢气气泡行为建模：氢气在熔融铀中的流动行为对推力产生至关重要。研究团队通过“Ant Farm”（静态）和“BLENDER II”（旋转）实验平台，利用X射线技术观察氢气气泡在铀替代材料中的行为，尽管数学建模仍面临挑战。引擎集成建模与优化：通过遗传算法进行的引擎集成建模显示，在理想条件下，CNTR的比冲可达到1512秒。然而，实现这一目标需要增加离心机数量并提高旋转速度，超出原始设计的范围。燃料逸散与回收机制：防止铀燃料随氢气推进剂一起逸出是另一大挑战。研究估计，若无法有效控制燃料损失，比冲可能下降多达三分之二。为此，团队提出使用介电泳（DEP）技术回收蒸发的铀，目标是实现99%的燃料回收率。火箭
尽管CNTR技术尚未准备好进行完整的原型测试，但其潜力已引起广泛关注。研究人员计划进一步优化模型，并在实验室中测试DEP解决方案，以验证其可行性。
CNTR技术的成功实施，可能为深空探索任务带来革命性的变化。例如，使用CNTR的航天器可将地球至火星的往返时间缩短至420天，并实现对太阳系外行星和柯伊伯带天体的直接注入轨道任务。此外，CNTR还可使用如氨、甲烷等可储存推进剂，在比冲约900秒的情况下，实现长期在轨存储的休眠系统，适用于未来的深空探索和资源利用任务。
CNTR技术代表了核热推进领域的一次重大飞跃，展示了通过创新设计和工程解决方案，提升航天器性能的可能性。随着研究的深入和技术的成熟，CNTR有望成为未来深空探索任务的关键动力系统，推动人类迈向更遥远的宇宙边界。
来源：万物云联网