早在20世紀(jì)初，得知居里夫人提煉出放射性元素鐳之后，俄國航天之父齊奧爾科夫斯基就預(yù)言：“一噸重的火箭只要用一小撮鐳，就足以掙斷與太陽系的一切引力聯(lián)系?！睘榱藢崿F(xiàn)齊奧爾科夫斯基的預(yù)言，向更遙遠(yuǎn)的宇宙深處進(jìn)發(fā)，科學(xué)家一直都潛心研制一種能長時間高速運行的航天運載工具——核火箭。

俄國航天之父齊奧爾科夫斯基（Google）

20世紀(jì)30年代，物理學(xué)家認(rèn)識到，原子核是由質(zhì)子和中子組成的，強(qiáng)大的核力把質(zhì)子和中子緊密地結(jié)合在一起。由于核力異常強(qiáng)大，要分裂原子核或把原子核融合到一起是極其困難的。但是，只要能讓原子核分裂或結(jié)合，就會釋放出巨大的能量。這種能量就是核能。有兩種方法獲取核能：裂變和聚變。質(zhì)量較大的原子核分裂成質(zhì)量較小的原子核時會釋放出巨大的能量，即核裂變；質(zhì)量較小的原子核聚合成質(zhì)量較大的原子核，也會釋放出巨大的能量，即核聚變。

核裂變與核聚變

煤、石油、天然氣等礦物燃料燃燒時釋放的能量，來自碳、氫、氧的化合反應(yīng)。一般化學(xué)炸藥如TNT爆炸時釋放的能量，來自化合物的分解反應(yīng)。無論哪種化學(xué)反應(yīng)，碳、氫、氧、氮等原子核都沒有變化，只是各個原子之間的組合狀態(tài)有了變化。核反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)則不一樣。在核裂變或核聚變反應(yīng)里，參與反應(yīng)的原子核都轉(zhuǎn)變成其他原子核，原子也發(fā)生了變化。過去，人們把利用核反應(yīng)產(chǎn)出能量的武器稱為原子武器。但實質(zhì)上是原子核的反應(yīng)與轉(zhuǎn)變，所以叫核武器更為確切。核武器爆炸時釋放的能量，比只采用化學(xué)炸藥的常規(guī)武器要大得多。例如，1千克鈾全部裂變釋放的能量為8×1013焦耳，比1千克TNT炸藥爆炸釋放的能量4.19×106焦耳大2000萬倍。

最右側(cè)的蘑菇云是“沙皇炸彈”，它是冷戰(zhàn)期間蘇聯(lián)所制造的氫彈，總共制造兩枚，其中一枚于1961年10月30日在新地島試爆，另一枚作為研究與備用。它是人類至今所引爆過所有種類的炸彈中，體積、重量和威力上均為最強(qiáng)大的炸彈，ft代表英尺。（youtube）

自從科學(xué)家在1938年發(fā)現(xiàn)了核裂變的秘密后，一個毀滅的夢魘就在人類頭上揮之不去。由于第二次世界大戰(zhàn)的需要，核裂變被首先用于制造威力巨大的核武器——原子彈。廣島與長崎的毀滅加速了戰(zhàn)爭的結(jié)束，新的更大威力的核聚變武器——氫彈——又登上歷史舞臺，有識之士開始擔(dān)心人類未來的命運。掌握了如此巨大力量的人類將走上自我毀滅之路還是繼續(xù)發(fā)展下去？科學(xué)家通過開發(fā)核技術(shù)的和平運用給出了自己的答案。

這是上圖左側(cè)兩個最小的原子彈：胖子和小男孩，它們是第二次世界大戰(zhàn)時美國在日本廣島和長崎投擲的原子彈的名稱，作為參照物左側(cè)兩個建筑物分別是帝國大廈和世界上最高的建筑迪拜的哈利法塔，ft代表英尺。（youtube）

核火箭的設(shè)想最早由美國核科學(xué)家烏拉姆提出。其原理是使一顆顆小型原子彈在飛船尾部相繼爆炸而產(chǎn)生推力。如果每顆原子彈的爆炸當(dāng)量為1000噸TNT，估計爆炸50顆原子彈后飛船速度可達(dá)12千米/秒。1958年，美國核科學(xué)家泰勒在此基礎(chǔ)上提出了“獵戶座”計劃。安裝泰勒的設(shè)想，每顆原子彈的爆炸當(dāng)量為2000噸TNT，爆炸50顆這樣的原子彈后，飛船的最大速度可達(dá)70千米/秒。該計劃被用于發(fā)射大型載人行星際探索船，可以用125天飛到火星，用3年時間飛到土星。

獵戶座火箭外形的想象圖（NASA）

獵戶座火箭采用核裂變脈沖推進(jìn)的方式前進(jìn)。簡單來說，就是用一連串原子彈爆炸來推動飛船。因為原子彈是彼此分開的個體，所以發(fā)動機(jī)采用脈沖的方式工作，而不是連續(xù)運轉(zhuǎn)。類似于汽車發(fā)動機(jī)，雖然燃燒的最高溫度遠(yuǎn)大于氣缸和活塞的熔點，但是發(fā)動機(jī)仍然保持完好。這是因為氣缸內(nèi)部達(dá)到最高溫度的時間，同整個循環(huán)工作周期相比僅僅是很短的一瞬間。

獵戶座升空的想象圖

獵戶座計劃幾乎沒有任何明顯的技術(shù)缺陷。然而，它卻有一個最大的弱點，那就是它依賴于原子彈爆炸做動力。當(dāng)它在大氣層內(nèi)飛行時，必將釋放出核輻射塵污染地球環(huán)境。這也正是獵戶座計劃最終沒能實現(xiàn)的原因之一。

代達(dá)羅斯和土星五號運載火箭的對比

20世紀(jì)70年代，英國星際學(xué)會提出了“代達(dá)羅斯計劃”，計劃使用核聚變火箭推進(jìn)的無人飛船對太陽系以外的恒星系統(tǒng)進(jìn)行快速探測。根據(jù)這個計劃，飛到距地球6光年的巴納德星只需要50年時間。遺憾的是，直到今天，代達(dá)羅斯計劃所需要的大量核心技術(shù)仍是紙上談兵?？煽睾司圩兩形催_(dá)到成熟的地步。

時間進(jìn)入了21世紀(jì)，美國宇航局從2003年初開始研制一種核動力推進(jìn)無人火星探測器。它采用成熟的可控核裂變技術(shù)，加載固體堆芯式核裂變火箭發(fā)動機(jī)，發(fā)射時先用化學(xué)燃料火箭將它送入800千米以上的繞地軌道后，核火箭才開始工作，避免了核廢料對大氣層的污染。核火箭將推動飛船沖出地球引力范圍，高速駛向火星。

人類曾經(jīng)的夢魘，經(jīng)過幾十年的改造，走上了另一條路：就像是曾經(jīng)參與獵戶座計劃的科學(xué)家戴森說的那，“我們第一次想到如何使用一大堆庫存原子彈，但不是用來殺人，而是有更好的出路。我們的目標(biāo)與信仰，是用那些曾在廣島和長崎沾滿血腥的原子彈，為人類敲開一扇通往蒼穹的門窗。”