在科幻小說【三體II：黑暗森林】裏有一段特別經典的情節，那就是海軍大校章北海用隕石制作的特殊子彈，在太空中成功刺殺了多名「老航天」，他這一舉動造成的結果，就是讓小說裏正在遭受三體文明入侵威脅的人類， 將恒星際飛船的發動機制造，推向了無工質推進方向， 確保了人類文明在「黑暗戰役」徹底戰敗的極端惡劣情況下，依舊利用「藍色空間」號與「青銅時代」號兩艘恒星際戰艦保存了文明火種，開啟了宇宙「長征」。
【我的三體：章北海傳】中章北海形象
小說情節相當震撼，但整個系列除了第一部拿到了雨果獎，後面更加精彩的二、三部則沒有，大概西方文藝界真正感興趣的並不是大劉驚艷的科幻點子與宏大的世界觀描述，而是第一部開頭的那個年代吧？就好像某飛的編劇也明白 「為了一碟醋，包了一頓餃子」 的道理，而且這餃子還是奧利給餡兒的，哼。
一個很顯而易見的事實是，我們現在用的化學動力火箭，運載能力遠不能夠幫助人類實作大規模的太空建設和移民。 如果是載人，目前為止，化學火箭最多只把人和相應物資送上過月球，如果不是載人，而是發射探測器，那這條件倒是相對寬松些。
美國在1977年發射的旅行者-1號和旅行者-2號探測器，都是用泰坦3E運載火箭發射升空的，這是一款化學能運載火箭，這兩顆探測器在完成對太陽系內所有行星的探測任務之後， 也分別在2012年和2018年，飛出了太陽風邊界，也就是日球頂層，完全離開了太陽系，進入了星際空間。 但是這兩款探測器的科學探測功能大多已經關閉，旅行者-1號預計會在2025年之後，失去供應任何一台科研儀器的能源。
旅行者-2號與1號的設計基本相同，所以它也會面臨相同的命運，預計在2025年或者之後，再也沒有能源執行任何單一儀器。應該說，這就是人類當前有記錄的，用化學能火箭發射的探測器探測範圍的極限了。 如果以後人類要進行距離更遠、規模更大的載人航天探索活動，即便是星艦技術成熟落地，價格也被打成「批發價」，恐怕還是很難。
而這也是為什麽我在開頭要提章北海刺殺老航天這一情節的原因，我沒別的意思啊，我是想說關於人類宇航動力方式的研究與討論，我們普通人是沒機會參與， 但全世界的航天科學家們一直在做這方面的研究，比如空間核推進系統，還有載人核熱火箭。
這幾天我多次提到俄羅斯想和中國共建月球核電廠的事情，思來想去還是決定再說下這事，因為這背後可能還跟俄羅斯計劃研制的一款新型航天器有關。 在2021年的時候，俄羅斯就在當年的國際宇航大會上展示了一款名為「宙斯」的核子動力太空拖船模型， 按照俄方制定的計劃，會在2030年左右發射，執行前往月球和太陽系內各大行星的飛行任務。
從時間點上看，與我們的載人登月時間表對上了，而在2022年的時候，俄羅斯國家航天集團也展示了「宙斯」的工作原理， 具體說就是核分裂反應爐釋放熱量加熱瓦斯，利用加熱瓦斯帶動與發電機連線的渦輪，產生電能，為船上裝置與電推進發動機提供能量。
我知道，很多人，其實也包括我，對俄羅斯現階段的工業能力以及航天能力，能否實作這個計畫有比較大的懷疑，想讓我們拉他們入夥，政治上沒有問題，但在經濟和技術這兩個同樣重要的方面，俄羅斯是不是也應該展示下自己的能力和誠意呢？ 不過有一說一，「宙斯」的設計思路，我覺得也可以作為參考，因為這其實就是空間核推進系統。
顧名思義，這就是一種在宇宙空間，利用核能推動航天器航行的推進方式，目前已知的有兩種核推進方式， 一種是核電推進（NEP），一種是核熱推進（NTP）。 這兩種技術方案，人類世界，主要是美俄（蘇聯）都進行過研究與嘗試，我們一個個來說。
先說說核電推進（NEP），這種技術的本質，就是用核能源的電推進技術。 這麽一說估計有人會想到一些事情，在去年6月20日的時候，我們的「天宮」空間站就進行了國產電推進系統在載人航天領域的首秀，首次完成了該系統大氣瓶的在軌安裝任務。當時媒體也對這個訊息進行了詳細的報道，附上空間站電推進發動機的工作原理： 就是將氙氣等惰性瓦斯轉化為帶游離子，再將這些帶游離子加速、噴出，形成推力，推動空間站執行。 今年3月官方也公開了這套系統的執行和試驗畫面，並且明確說了這就是「霍爾推進器」。
這種推進器的原理我在去年8月18號上線的那期節目講過了，就不再多說。而核電推進技術往簡單了說就是在航天器內安裝一個核子反應爐，推進系統就是以這個為能源來產生電磁場，進而加速帶游離子，然後高速噴出產生電漿射流，形成推力。 現在在我們的「天宮」空間站上裝備的霍爾推進器，總共有4台，單台推力僅為80毫牛，而且無法快速產生大推力，因此還處於試驗階段，並且在可預見的未來，也難作為大氣層內發射階段的推進方式。但是這種推進器的比沖以及能量轉化效率，都比化學推進器要高，一旦技術成熟，則可套用於遠距離的太空航行。
關於核電推進技術的研究，我們中國算是後來者， 第一批吃這個螃蟹的人是美國和前蘇聯的航天工作者們，時間最早可追溯至上世紀60年代， 蘇聯最開始的研究方向是放射性同位素電池，並在上世紀60年代到80年代期間，取得了一些成果，成功發射了一批帶有核電池的衛星入軌；然後是美國，他們是從1961年開始研究的，切入點是放射性同位素發電機。
順帶一提，前面提到的旅行者1號和2號，它們上面就搭載了放射性同位素熱能發電機，這就是人類唯二的星際航天器上搭載的能量源，使用的是鈈-238，「好奇」號火星車上使用的核電池系統，也是用的鈈-238及其二氧化物。 這種放射性物質的半衰期為87.7年，外加熱電偶的退化，這就是為什麽科學家預測這兩台探測器最多只能執行到2025年，然後就會與人類文明徹底失聯。
至於俄羅斯的「宙斯」，目前也沒有更多資料，多的也不好說，畢竟蘇聯能幹的事，不代表俄羅斯也能幹，經濟、技術和人才都是問題，唯一不用擔心的就是技術圖紙，這是肯定能找到的。 所以我說個個人想法啊，大毛啊，你們家那技術圖紙能不能給俺們瞅瞅啊？
好了，咱們再來說說核熱推進（NTP）技術。這套技術的原理也很好描述，就是利用核反應來加熱工質推進劑，將其高速噴出產生推力。 目前這套技術研究中的核反應種類就是核分裂，相當於是將核分裂產生的能量轉化為了航天器和火箭前進的動能，而且核熱推進，與核電推進，其實都還屬於是工質推進範疇，兩者都需要工質作為媒介來實作熱能與機械能之間的轉化過程。
前面的霍爾推進器，我們提到了需要換裝氙氣瓶， 而核熱推進技術中的工質，可以選擇液氫。 這種化學物質在當前的化學燃料火箭中也有套用，比如中國的長征5E與美國的重型戴爾塔4運載火箭，就都使用了液氫液氧發動機。
核熱推進技術的發展脈絡也可以追溯至冷戰早中期的50到60年代，美國和蘇聯幾乎是同時點開了這條科技樹，並且兩國都造出了采用這一技術的核火箭發動機樣機，也進行過熱試車。 不得不說冷戰雖然是一個全人類都坐在核彈頭上的危險時代，但這種激烈競爭局面下造就的航天工業成就，還是相當令人驚嘆的。
但是因為這項技術研究投資大，並且背景需求不明確，美國的大規模研究最終還是止步於1972年， 美國的最後一台核火箭發動機在試驗中產生了33.4噸的推力，比沖達到了825s，通俗點理解就是一公斤燃料可以在825秒的時間裏持續產生一公斤推力。如果後續試驗計畫跟上，進一步改進的話，比沖還能再提高至900s。 前蘇聯更不用說了，1991年紅旗落地，俄羅斯往後是幹啥都不行了，根本無力繼續支持核火箭發動機的大規模研究。
但是美俄兩國後來也並未完全放棄這項技術，一直在進行著相關的研究工作，美國的NASA在2002年時就以載人登陸火星為背景，進行了一輪方案論證，對化學推進、核電推進以及核熱推進這三種推進方式進行了研究， 最終結果是化學推進方式效果最差，會導致飛船品質大大增加；核電推進對比功率要求太高；只有核熱推進是最適合的。
我們可以設想下，如果未來的航天科研、工程人員解決了將核子反應爐塞進火箭發動機的問題，成功造出了可以執行國家太空戰略，並能夠進行商業營運的核運載火箭，那麽明顯的好處就是兩個： 一來，單次航天發射的運載能力增加了，可以進行更大載荷的航天發射任務；二來，航天器動力系統升級，不僅是增大了航天器載荷，也提升了航天器航行距離。 這兩條，我認為是未來建立地外天體與地球之間的資源開采、運輸、移民航線的基礎技術。
另外，還有一個隱藏好處，就是運載能力增加可以壓縮單位重量載荷的發射成本，「降本增效」的思維可以往這上面套一套。 當然我們也要清楚，這些技術目前還處於試驗階段，短期內是不會看到任何成果的，在技術落地之前，化學推進方式仍會是人類航天事業唯一的選擇。
