你说的是哪种核动力火箭？ 裂变还是聚变？ 常见的核火箭有核脉冲火箭、核电火箭、核热火箭、核冲压发动机火箭、核盐水火箭、核聚变火箭等。以核热火箭为例，其反应堆结构比陆地小得多基地核电站。 铀-235的纯度要求较高，达到90%以上。 在高比冲要求下，发动机核心温度将达到3000K左右，要求材料具有优异的耐高温性能。
如果建起来了……那不是已经建起来了吗？ NERVA，只不过该计划被终止了。 如果您想查看有关核热火箭的详细讨论，请滚动到最后。
下面只讨论完全依靠核反应产生能量的火箭发动机。 发电以驱动电力推进的核反应堆将不会被讨论。
核脉冲推进的原理非常简单。 它依靠火箭后面核弹爆炸产生的冲击波来产生推力。 但问题来了：首先在大气层中引爆核弹，会产生大量的冲击波和核辐射，就像原子弹爆炸一样。 那么在真空中引爆核弹只能产生光子，而不能产生冲击波。 严格来说，使用的是核推进装置，其中包含核弹和推进剂。 核弹引爆后，推进剂绝热蒸发，形成等离子体撞击后面的推进装置。 板产生推力。
首先，核推进装置在红点处爆炸，然后爆炸产生的光子冲击波到达后面的伞，飞船加速后绳索被收回。 这种航天器的比冲可以达到5万到10万秒。 这种结构最大的问题是：在失重环境下打开降落伞会发生什么？
《坎巴拉太空计划》中有这样一个MOD。 MOD中的宣传图片采用的是真空核脉冲推进火箭。 除此之外，该MOD还包括用于大气层的核脉冲推进器。
这种火箭最大的技术难点在于核推进装置的结构核心如何控制爆炸的位置。
核脉冲推进在大气中的效果如下：
谁敢用这个？
就核冲压发动机火箭而言，严格来说，它们是巴萨德冲压发动机。 如果我们谈论“核冲压发动机”，这意味着利用核反应产生的能量来加热空气（严格来说是大气，因为核冲压发动机原则上可以在任何有大气层的行星上使用）并将其向后喷射到产生推力。
巴萨德冲压发动机最大的问题是，你需要一个直径几公里到几千公里的电磁场，才能从星际物质中收集氢作为聚变燃料。 收集到的氢被电场电离后，用激光点燃使其发生聚变。 目前已研究的冲压发动机采用质子-质子链式反应和CNO循环的聚变反应。
巴萨冲压发动机
核盐水火箭使用含有铀235或钚的溶解盐水作为燃料。 这些含有核燃料的盐水储存在专门设计的容器中。 它们通过几何结构或中子吸收方法确保它们不会达到核反应所需的临界质量。 。 这些放射性盐水被加热，引起核裂变，并通过喷嘴排出，产生推力。 水在这里既用作中子慢化剂又用作推进剂。 本质上是利用连续核爆炸产生的能量，具有高推力、高比冲的特点。 一般来说，盐水中溶解的浓缩铀丰度越高，推力和比冲就越大。 这种火箭发动机最大的问题是如何控制裂变的产生，而且由于这种火箭发动机产生含有裂变核盐的蒸汽，因此地面测试存在伦理问题。
聚变推进火箭有两种类型，一种是聚变直喷火箭，另一种是核光子火箭。 聚变直喷火箭的工作原理是这样的：核聚变产生大量的氦核（α粒子）、质子和电子，通过磁场的引导喷射出来。 它们可以实现高排气速度和比冲，推力和推重比高于核电推进。 高的。 我为什么不讨论驱动电力推进的聚变反应堆？ 因为效率。 融合直喷可以轻松实现高排气速度。 聚变反应堆转化为电能有一个转换效率，电推进的排气速度远不如聚变直喷。
目前最完整的研究和示范计划是代达罗斯计划，该计划使用氘和氦3作为聚变燃料。 由氘和氦-3组成的聚变燃料球在惯性约束反应室中被高能电子束点燃而产生聚变。 离子气体在磁场的约束下以每秒万公里的速度从船尾排出，作为动力源。 每秒消耗 250 个燃料球。 1978年，英国星际协会公布了代达罗斯计划的最终计划。 该计划提供了有史以来第一个核动力航天器的详细设计，旨在证明这种可能性。 这是一艘无人飞船，不过这艘无人飞船重达5.5万吨，相当于半艘尼米兹级核动力航母的重量，其中5万吨是燃料的重量，而科学仪器的重量只有500吨。 这种航天器只能在轨道上组装。 组装300吨重的国际空间站只用了20年。 与此同时，目前的发射成本仍然居高不下。 估计还要看马斯克的货BFR能否大幅降低成本。
代达罗斯
核光子火箭利用核反应产生的光子，这些光子被抛物面镜聚焦，然后喷射以产生推力。 这种推进器的效率低得惊人。 每推力功率为300MW/N。 它需要能量密度极高的电源来提供能量。 即使采用聚变，也需要考虑反应产物和中微子造成的能量损失，这是不实用的。 价值。
最后，是时候讨论核热火箭（NTR）了。 这是研究最多的计划，并且有一个实验原型（NERVA），但它仍然被终止。 目前有两种选择，一种是核衰变热火箭，另一种是核裂变热火箭。
核衰变热火箭利用放射性同位素热电发电机（RTG）中放射性同位素衰变产生的热量加热工作流体并向外排出以产生推力。 这种发动机的缺点是推力小，工作功率不能改变。 RTG 需要在不加热推进剂时安全散热，这与核反应堆不同，核反应堆可以根据需要进行节流和关闭。
接下来是本次回答的重点核热火箭。 这是一个很长的故事，所以要做好准备。
首先，需要选择工作流体。 对工作流体的要求是：导热性能好、易于空间配制、高速转换效率高。 因此，美国和苏联都选择氢气作为核反应堆的冷却剂和火箭的工作流体。 至于为什么《死亡地球》的NTR要用甲烷？ 首先，它是一艘太空战舰。 它需要在战斗中调整方向。 其火箭发动机必须考虑推重比和比冲。 甲烷是相对分子质量第三小的气体（前两种是氢和氦），而且在火星和土卫六上很容易产生，因此考虑了甲烷。 甲烷作为工质，最大的问题是积碳。 甲烷在高温下分解成碳和单原子氢。 一旦碳堵住了核心，那就很有趣了。 氨在太空中相对稀缺，但水很容易产生。 小行星和太阳系外行星上有大量的水，因此使用水作为工作流体的NTR也是一个不错的选择，而且水不需要担心推进剂挥发的问题。 ，只要储水箱能保证水是液态即可。
其次，选择循环方式，包括开式循环和闭式循环。 闭式循环最大的问题是，如果启动时氢气流量不足，控制棒来不及降低反应堆功率，反应堆就无法吸收足够的热量，从而导致堆芯熔毁。 美国人首先采用泵相对独立工作的开式循环进行技术验证，然后采用闭式循环。
开式循环和闭式循环
无论采用哪种循环方式，喷嘴的技术难点都在于喷嘴冷却通道的设计和开发。 美国NTR喷嘴由提供。
然后就是NTR的核心：核反应堆。 为了减轻NTR的重量，核反应堆具有体积小、重量轻、功率高的特点，同时保证其安全性。 该反应堆使用丰度90%的武器级高浓缩铀，并使用熔点更高的二氧化铀235。 由于核裂变产生快中子，因此它们需要减速成慢中子或热中子，然后才能撞击原子核并进行裂变反应。 慢化剂的最初替代品是石墨。 问题是石墨在高温下与氢气反应生成甲烷或乙炔，很容易导致积碳。 最终，美速选择了氢化锆作为慢化剂。
燃料棒结构的选择也是一个大问题。 美国人选择了蜂窝煤结构。 每根鼻血燃料棒上有19个孔，以增加与氢气的接触面积，提高冷却效果。 石墨冷却支撑单元放置在六个燃料棒的中间。
燃料棒和冷却支撑单元的表面有一层碳化锆，以防止部件被氢气腐蚀。
此外核反应，还需要控制棒和中子反射层。 前者用于功率控制，后者用于将中子反射回裂变堆芯，提高反应效率核反应，降低临界质量，节省核材料。 NERVA采用旋转控制棒设计代替插入式控制棒，缩短了反应堆的长度。
还有辐射屏蔽的问题。 中子反射层可作为反应堆堆芯内的第一辐射屏蔽层，可通过增加NTR与构件舱之间的距离并增加额外的辐射屏蔽层来解决。
经过15年的研发和测试，美国人终于拿出了他们的NTR成品：NRX-XE，核反应堆动力，
图中的四个黄色储罐是氦气储罐，用于在启动发动机时对氢气进行加压。 标记为13的喷嘴是涡轮泵的喷嘴。 一部分氢气被液氢冷却后，驱动涡轮泵排出。 97%的氢气进入反应器，被加热至高温，从喷嘴排出。 （所以最终没有使用闭环……）
试验结果是：“试验表明，核动力火箭适合执行太空任务。” 尽管测试结果不佳，NASA的预算还是在1969年被国会削减，核热火箭项目最终在1972年终止。洛斯阿拉莫斯实验室1972年的研究表明，使用推力为72的全流闭式膨胀循环NTR kN，液氢流量8.5 kg/s，比冲达到874.8s。
在燃料棒结构方面，苏联人采用了更聪明的解决方案：扭曲形铀燃料棒。 七个燃料棒形成了液态氢的通道。 通道设计成螺旋状，以增加氢气的冷却接触面积。 苏联人还特意把燃料棒做成了上浓下稀的结构。 氢气从上部进入反应堆堆芯后被迅速加热。 氢气加热到下部后，就不需要那么高的加热速率（也是为了防止喷嘴过热）。 燃料棒下部的铀浓度降低。
又到了聊游戏的时候了。 在“死亡地球”中，你可以选择核反应堆、火箭喷嘴和涡轮泵的材料，调整各种参数，设计你自己的NTR。
这是创意工坊里非常有名的核热火箭。 可以看到它大规模使用了碳化铪陶瓷基材料。 说白了，不是为了耐高温。 然而这款游戏忽略了制造加工成本（事实上并没有（忽略游戏中石墨烯非常昂贵），也没有考虑化学反应和积碳问题，所以这款游戏中的太空战舰全部使用甲烷作为当然，你也可以在这个游戏中使用水/氢气/氘化氢作为推进剂，但数据看起来不会那么好。
参考
极好的。 核热火箭不仅仅是一时兴起，而是一个无所畏惧的先驱。 2018.