我们生活在一个新的太空探索时代，多个机构正计划将宇航员送往太空未来几年。接下来的十年将进行载人飞行任务由美国宇航局和中国发起，不久之后其他国家可能也会加入。
这些以及其他将宇航员带到近地轨道（LEO）和地月系统之外的任务需要新技术，从生命支持和辐射屏蔽到电力和推进力。
而当谈到后者时，核热和核电推进(NTP/NEP) 是顶级竞争者！
美国宇航局和苏联太空计划花了数十年的时间研究太空竞赛期间的核推进。
几年前，美国宇航局重新点燃核计划目的是开发双模式核推进系统——由 NTP 和 NEP 元件组成的两部分系统——可以使过境100天后登陆火星。
作为NASA 创新先进概念在 NIAC 2023 年计划中，NASA 选择了一个核概念进行第一阶段的开发。这种新型双模核推进系统使用“波转子顶循环“并且可以将前往火星的时间缩短至 45 天。
该提案的标题为“具有波转子顶循环的双峰 NTP/NEP”，由佛罗里达大学高超音速项目领域负责人、该组织成员 Ryan Gosse 教授提出。佛罗里达工程应用研究（耀斑）团队。
Gosse 的提案是 NAIC 今年选择用于第一阶段开发的 14 项提案之一，其中包括 12,500 美元的赠款，以帮助成熟所涉及的技术和方法。其他提案包括创新传感器、仪器、制造技术、电力系统等。
核推进本质上可以归结为两个概念，这两个概念都依赖于经过彻底测试和验证的技术。
对于核热推进 (NTP)，该循环包括核反应堆加热液氢 (LH2) 推进剂，将其转化为电离氢气（等离子体），然后通过喷嘴引导以产生推力。
为了测试该推进系统，已经进行了多次尝试，包括漫游者计划是美国空军和原子能委员会 (AEC) 于 1955 年发起的一项合作项目。
1959 年，NASA 接管了美国空军，该计划进入了专门致力于航天应用的新阶段。这最终导致了火箭飞行器应用核发动机（NERVA），一个已成功测试的实心核反应堆。
随着 1973 年阿波罗时代的结束，该计划的资金大幅减少，导致该计划在进行任何飞行测试之前就被取消。与此同时，苏联人开发了自己的 NTP 概念（RD-0410）于 1965 年至 1980 年间进行，并在该计划取消之前进行了一次地面测试。
另一方面，核电推进（NEP）依靠核反应堆为发动机提供电力。霍尔效应推进器（离子发动机），它产生电磁场，使惰性气体（如氙）电离并加速以产生推力。开发这项技术的尝试包括 NASA核系统计划(NSI) 普罗米修斯计划（2003 年至 2005 年）。
与传统化学推进相比，这两种系统都具有相当大的优势，包括更高的比冲 (Isp) 等级、燃油效率和几乎无限的能量密度。
虽然 NEP 概念以提供超过 10,000 秒的 Isp 而闻名，这意味着它们可以维持近三个小时的推力，但与传统火箭和 NTP 相比，推力水平相当低。
Gosse 表示，对电源的需求也引发了太空散热的问题——理想情况下热能转化率为 30-40%。
虽然 NTP NERVA 设计是火星及其他地方载人飞行任务的首选方法，但该方法也存在为高 Delta-V 任务提供足够的初始和最终质量分数的问题。
这就是为什么包含两种推进方法（双模式）的提案受到青睐，因为它们结合了两者的优点。 Gosse 的提案要求采用基于实心 NERVA 反应堆的双峰设计，该反应堆将提供 900 秒的比冲 (Isp)，是当前化学火箭性能的两倍。
高斯提出的循环还包括压力波增压器或波转子（WR），这是一种用于内燃机的技术，利用反应产生的压力波来压缩进气。
当与 NTP 发动机配合使用时，WR 将利用反应堆加热 LH2 燃料产生的压力来进一步压缩反应物质。正如 Gosse 所承诺的那样，这将提供与 NERVA 级 NTP 概念相当的推力水平，但 Isp 为 1400-2000 秒。当与 NEP 循环配对时，说Gosse，推力水平进一步增强：
“与 NEP 循环相结合，占空比 Isp 可以进一步增加（1,800-4,000 秒），同时增加最少的干质量。这种双峰设计能够实现载人任务的快速运输（45 天到达火星），并彻底改变了深空探索我们的太阳系。”
基于传统推进技术，载人火星任务可能持续长达三年。这些任务将每 26 个月在地球和火星最接近（又称火星冲日）时发射，并且将在运输过程中至少花费六到九个月的时间。
45 天（六周半）的凌日将使整个任务时间从几年缩短到几个月。这将大大减少与火星任务相关的主要风险，包括辐射暴露、微重力下的时间以及相关的健康问题。
除了推进之外，还有关于新反应堆设计的建议，该设计将为太阳能和风能并不总是可用的长期地面任务提供稳定的电力供应。
例子包括美国宇航局采用 Sterling 技术的 Kilopower 反应堆（克鲁斯蒂）和混合裂变/聚变反应堆被 NASA 的 NAIC 2023 选择用于第一阶段开发。
这些和其他核应用有一天可以实现载人任务前往火星和深空其他地点，也许比我们想象的要早！
