美国宇航局将完成火星探索寄希望于核动力火箭，也就是应用核热推进系统将宇航员送入太空，与当今的顶级火箭技术相比，核动力可以显著缩短飞行时间并携带更大的有效载荷，从而为人类探索太空提供更好的支持和保障。
核动力火箭概念
核动力火箭依靠核反应产生的热量飞行，而核反应产生的热量取代了化学火箭中推进剂的化学能。
在核热推进系统中，液态氢在核反应堆中被加热到高温，然后通过火箭喷嘴膨胀以产生推力。
考虑到外部核热源理论，预计其有效载荷能力将增加一倍或三倍。
最早的核动力火箭地面测试发生在1955年，并持续到了1973年，之后由于各种原因，包括专注于航天飞机的开发而暂停。
尽管如此，美国仍然已经建造并测试了十多个不同功率输出的反应堆，但截至2023年，还没有核热火箭成功升空。
早期的时候，核动力推进的所有应用都依赖于裂变过程，但2010年代的研究已转向聚变方法，普林斯顿等离子体物理实验室的直接聚变驱动项目就是这样的一个例子。
尽管在实际操作上仍有难度，但是美国已经批准了1.25亿美元的研发资金用于研究新技术。
这种火箭的主要应用领域是火星探索，因为对于太空飞行来说，人类最需要克服的一个问题就是飞行时间，而缩减飞行时间可以有效降低宇航员暴露在太空辐射中的风险。
减少运输时间是人类完成火星任务的一个关键指标，因为更长的旅行需要更多的补给和更强大的保护系统。
核热推进系统的优势
核动力火箭内部的工作原理是核热推进系统，火箭中的裂变反应堆会产生热量以使液体推进剂膨胀，液体推进剂接着会从喷嘴喷出以推动航天器。
其能量密度比常见化学火箭更高，效率则是化学火箭的两倍。
工程师将这种性能衡量为比冲量，即从特定量的推进剂中可以获得的推力。
之所以有着更高的效率，是因为较轻的气体更容易加速。
当化学火箭燃烧时，它们会产生水蒸气，这是一种比核热推进系统中使用的氢气重得多的副产品。
水蒸气会拉低化学火箭的效率，而用了核动力的火箭则可以以更少的燃料行驶更远的距离。
需要注意的是，核热系统并不是在地面上开始使用的，该系统的设计目的不是产生离开地球表面所需的推力，而是为深空任务提供更大的灵活性。
核热推进系统可以将前往火星的旅行时间缩短高达四分之一，更重要的是，可以限制机组人员接触宇宙辐射的机会。
它还可以实现更广泛的发射窗口，不依赖于轨道对准，并允许宇航员在必要时中止任务并返回地球。
核动力火箭为何迟迟不成功？
与大多数新技术和新能源一样，成功与否都关乎着风险和成本的问题。
如果核动力更便宜，或者风险更低，而且风险更低的同时成本没有显着增加，这种方案就会被选择，否则就会是一个很难做的决定。
核动力火箭的推进系统其实与地面发电厂有些相似，也就是说，首先裂变反应堆为电动推进器发电，该能量使气体推进剂中的离子带正电，然后电场、磁场或静电场加速离子，最后加速的离子通过推进器被推出，推进航天器。
在核热推进系统中，反应堆更像是一个热交换器，其中液态氢等燃料会被加热到非常高的温度，高达2500摄氏度。
这涉及到一个概念，即运载火箭需要遵循脉冲守恒定律，火箭的速度取决于推进剂的质量和速度。
简单来说就是，如果我们想让火箭使用较少的推进剂就能达到更高的速度，那么其周围温度也势必会更高，问题是没有材料可以承受如此高的热量。
除非材料科学有重大突破，否则运载火箭使用核热发动机的优势就无法战胜其劣势。
关于使用核动力，还有一些其他的考量，比如放射性尘埃是否会污染太空，再比如如果发射失败，那么地球上的人类也许会受到核动力的辐射影响。
这并不是一个空穴来风的猜想，即使是普通火箭也经常会爆炸，因为火箭应力会将材料和设计推向极限。
当核反应堆很有可能发生爆炸时，当然没有人希望它们到处乱飞，因为核污染很可能会影响大范围。
这被称为"脱落"，脱落是因为反应物质在通过固体核心的核热推进系统时，会在非常高的温度下变得具有侵蚀性，这会导致反应堆堆芯材料的一小部分随着废气排出。
日本发射火星卫星探测器 预计2031年返回地球
10月20日凌晨，日本航天探测器发射升空，将前往火星的卫星“火卫一”进行详细观测，并采样返回地球。如果任务成功，这将是人类首次从火星及其卫星采集样本并带回地球进行实验室分析。
该项目名为“火星卫星探测”（MMX）的任务，由日本宇宙航空研究开发机构主导，探测器预计将于2027年8月抵达火卫一。
科学家希望借助该项任务，解开火星两颗卫星的形成之谜。
英国自然历史博物馆教授萨拉·拉奎尔是MMX任务样本分析团队的副负责人。
她表示，此前还没有任何航天项目成功从火卫一采集样本并将其带回地球。
“我认为，这是一项极具野心且充满乐趣的任务。
” 太阳系内侧只有三颗天然卫星：地球的卫星月球，以及火星的两颗卫星：火卫一和火卫二。
火星卫星的体积都很小，火卫一的直径约为20公里，火卫二的直径约为10公里。
外形也不规则，看起来有些像太空土豆。
MMX探测器将先对火卫二进行观测，随后把重点转向火卫一。
任务团队计划先投放一辆小型探测车来勘察地形，但这并非易事。
拉奎尔解释说，此前人类从未在体积如此小的卫星上成功部署探测车。
“火卫一自身的引力非常微弱，它紧邻引力强大的火星，火星的引力会增加探测车着陆的难度。
”她解释说。
完成地形勘察后，MMX探测器将确定在火卫一上着陆的地点，再利用机械臂和两套采样装置进行取样。
这些样本将被装入一个小型太空舱，该太空舱预计于2031年返回地球，降落在澳大利亚南部的伍默拉沙漠。
此次任务计划带回的样本总量仅10克。
“样本量实际上很小。
”英国莱斯特大学研究人员克里萨·阿夫德利杜称，“但即使是只有一颗微粒，也足以开展多项研究。
科学家不需要带回数公斤的材料才能进行科学分析，因此取得的每一克样本都物有所值。
” 科学家希望，这些样本能够最终解开火星两颗卫星的起源之谜。
学界目前主要存在两种假说。
一种观点认为，在火星形成初期，一颗小行星或其他天体撞击了火星，撞击产生的碎片最终形成了火卫一和火卫二。
另一种观点则认为，这两颗卫星原本来自太阳系外围的游荡小行星，后来被火星的引力捕获。
“当我们拿到样本后，我们将详细分析其化学成分和矿物组成，再将假设对应的样本特征存在明显差异。
”拉奎尔并表示，“应该很快就能判断……哪一种假说更符合实际情况。
我们很快就会得出结论。
” 研究团队还期待，这次任务能够带来一个额外的惊喜：样本中可能包含来自火星本身的物质。
“令人感到十分兴奋的是，火卫一距离火星表面非常近，当其他天体撞击火星时，撞击产生的部分微小颗粒可能会飞溅出来，并随着落在火卫一上。
”拉奎尔指出，“这意味着探测器采集的样本中可能不仅有火卫一自身的物质，还包含来自火星的颗粒。
这将为研究火星的物质组成和演化历史提供直接证据。
” 将火星物质带回地球，一直是行星科学领域的重要目标。
美国国家航空航天局（NASA）的“毅力号”火星车自2021年以来一直在火星表面开展探测，并将采集到的样本封存在专用容器中。
然而，由于美国会停止拨款，原计划由美国国家航空航天局和欧洲航天局联合实施的火星样本取回任务最终被取消。
与此同时，中国也正计划开展火星采样返回任务，航天器预计于2028年发射，力争在2031年将火星样本带回地球。
事实上，地球上已经存在一些来自火星的物质，它们以火星陨石的形式留存下来。
这些陨石原本属于火星，在小行星等天体撞击火星时被抛射到太空，随后飞向地球。
不过，火星陨石十分稀少，而且一旦抵达地球，就会受到地球环境的污染，与空气、尘埃、土壤和水发生接触。
因此科学家非常希望能获取到直接从火星及其卫星表面采集的样本，因为这些样本可以最大限度地保留其原始状态。
（本文来自张朝阳的英语课，更多国际新闻，欢迎关注搜狐视频关注流张朝阳的英语课）
日本发射火星卫星探测器，未来将尝试着陆并采样返回地球
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探测器将用约一年时间飞抵火星附近，进入环绕火星的“准卫星轨道”。
在环绕火星运行期间，探测器将对“火卫一”进行详细观测，调查“火卫一”上几十个地点的地形、化学组成等，并确定在“火卫一”上着陆的地点。
此后，探测器将尝试在“火卫一”着陆并采集10克以上的卫星表面砂子和岩石样本。
按计划，探测器将于2030年开始返程，并于2031年带着样本回到地球。
（剪辑 匡萍） 责编：曾梓民 一审：匡萍 二审：贺齐 三审：丁兴威 来源：三湘都市报
