見(jiàn)識(shí)了核威力后，人類(lèi)對(duì)于核武器的發(fā)展是抵制的，并一直在努力防止核擴(kuò)散。
出品：科普中國(guó)
制作：寒木釣萌
監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
打開(kāi)了原子的大門(mén)，進(jìn)入了核的世界，人類(lèi)異常興奮，就像一個(gè)小孩第一次學(xué)會(huì)自行車(chē)，認(rèn)為可以騎行到任何地方。
核武器的研制和發(fā)展主要來(lái)自一種安全上的需求，就像馬斯洛需求層次理論，它屬于比較底層的需求，見(jiàn)識(shí)了核威力后，人類(lèi)對(duì)于核武器的發(fā)展是抵制的，并一直在努力防止核擴(kuò)散。
馬斯洛需求層次理論
而核能的和平利用則是一種自我實(shí)現(xiàn)式的高級(jí)需求。除了核電站，各國(guó)都希望核能可以做得更多一些，他們希望建造一艘排水量超過(guò)10萬(wàn)噸，50年不用換燃料的大船，成功了，這就是航空母艦，還有核動(dòng)力商船、破冰船，也成功了。
核動(dòng)力破冰船
他們還希望建造一艘可在深海潛游的大船，也成功了，這就是核潛艇。
到這里就止步了嗎？那是不可能的，科學(xué)家們還希望建造能在天上繞地球飛幾十圈而不用降落的飛機(jī)，這就是核動(dòng)力飛機(jī)。
核動(dòng)力飛機(jī)暢想圖
核動(dòng)力飛機(jī)
二戰(zhàn)還沒(méi)有結(jié)束，準(zhǔn)備用原子彈終結(jié)二戰(zhàn)的“曼哈頓計(jì)劃”還在如火如荼地進(jìn)行時(shí)，著名科學(xué)家費(fèi)米就對(duì)那些科學(xué)家說(shuō)，除了原子彈，大家也不要忘了研制核動(dòng)力飛機(jī)。
果然，二戰(zhàn)剛結(jié)束，核動(dòng)力飛機(jī)的研制工作還真就大張旗鼓地上馬了。
美國(guó)研制核動(dòng)力飛機(jī)，出發(fā)點(diǎn)是想造出高性能的遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī)，繞地球轉(zhuǎn)十幾圈也不用加油，這誘惑是如此的大，這種飛機(jī)能擺脫對(duì)大量機(jī)場(chǎng)的依賴(lài)，擺脫對(duì)空中加油機(jī)的依賴(lài)。如果改裝成核動(dòng)力運(yùn)輸機(jī)，那效率也是沒(méi)得說(shuō)。
前蘇聯(lián)呢，他們的動(dòng)力更大，那時(shí)，蘇聯(lián)還沒(méi)有航程很遠(yuǎn)的轟炸機(jī)，所以蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人非常希望能研發(fā)出一種可以輕松飛到美國(guó)任何地方的上空，進(jìn)行轟炸后，還能返航的轟炸機(jī)。
1946年5月，由美國(guó)空軍主持，核動(dòng)力飛機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，到1948年時(shí)，美國(guó)空軍已為此投入了1000萬(wàn)美元。
蘇聯(lián)對(duì)核動(dòng)力飛機(jī)的行動(dòng)在早期只是只停留在報(bào)告上，直到后來(lái)，蘇聯(lián)得到情報(bào)，美國(guó)正在研制一種名為 NB-36H的核動(dòng)力飛機(jī)，且進(jìn)展順利。于是，蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人也慌了，下令研制！
如何提高動(dòng)力？
美國(guó)的設(shè)計(jì)方案中，有兩種驅(qū)動(dòng)方式。
第一種是，飛機(jī)在天上飛行時(shí)，反應(yīng)堆啟動(dòng)，加熱堆芯周?chē)囊簯B(tài)金屬，接著讓高速氣流與高溫液態(tài)金屬接觸，于是氣流變成高溫高壓氣體，經(jīng)過(guò)導(dǎo)流，這些氣體通向各個(gè)引擎的增壓渦輪，最后噴出產(chǎn)生后推力。這種設(shè)計(jì)是一種混合動(dòng)力，即飛機(jī)起降時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用的還是燃油，爬升至高空后，才切換為核動(dòng)力。為什么起降時(shí)不使用核動(dòng)力？因?yàn)楦咚贇饬魍ㄟ^(guò)堆芯的液體金屬，再排出，核污染比較嚴(yán)重。
第二種方案是，空氣不直接進(jìn)入堆芯，而是使用熱交換器加熱空氣。熱交換器里面有水或者液態(tài)金屬，它們循環(huán)流動(dòng)，不斷把熱量從堆芯帶出來(lái)，并加熱從外面通過(guò)的空氣，如此往復(fù)。
蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)在細(xì)節(jié)上稍有不同，但本質(zhì)上都差不多。
技術(shù)難點(diǎn)有哪些？
這是蘇聯(lián)核動(dòng)力飛機(jī)的駕駛艙設(shè)計(jì)，圖中5和6是厚重的鉛防護(hù)層和橡膠防護(hù)層。
B-36轟炸機(jī)是翼展最大的軍用飛機(jī)，美國(guó)人把反應(yīng)堆加上去后，改編號(hào)為 NB-36H。
圖為 NB-36H的駕駛艙，用鉛和橡膠屏蔽層包裹，重12噸。
以上圖片告訴我們，研制核動(dòng)力飛機(jī)很大的一個(gè)難點(diǎn)是，如何保護(hù)駕駛員不被長(zhǎng)時(shí)間輻射？還有，若飛機(jī)墜毀后，帶來(lái)的地面核污染如何避免？當(dāng)年 NB-36H裝反應(yīng)堆試飛，測(cè)試反應(yīng)堆對(duì)駕駛員的輻射水平時(shí)， NB-36H旁邊還跟著另一架飛機(jī)，上面裝滿了士兵，就是為了萬(wàn)一NB-36H墜毀，能第一時(shí)間沖下去，封鎖現(xiàn)場(chǎng)，避免周?chē)罕娛艿胶溯椛洹?/SPAN>
正在試飛中的NB-36H
核動(dòng)力航母和核潛艇之所以比較容易實(shí)現(xiàn)，是因?yàn)樗鼈兲焐驮诤＠�，可以用取之不盡的水來(lái)冷卻堆芯，另外就是航母和潛艇體積龐大，裝一個(gè)反應(yīng)堆上去后，就算再加一個(gè)幾十噸的保護(hù)罩上去，體積和重量都是可以接受的。但飛機(jī)就不同了。
后來(lái)，洲際導(dǎo)彈的出現(xiàn)降低了對(duì)核動(dòng)力遠(yuǎn)程轟炸機(jī)的需求，加上各種技術(shù)困難，美蘇這才下馬了核動(dòng)力飛機(jī)計(jì)劃。
瘋狂的核動(dòng)力火箭
除了核動(dòng)力飛機(jī)，人們對(duì)核動(dòng)力火箭也充滿渴望，有科學(xué)家認(rèn)為，如果我們使用核動(dòng)力火箭飛往火星，只需要30天時(shí)間。
而早在20世紀(jì)初，得知居里夫婦提煉出放射性元素鐳之后，俄國(guó)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(yáng)系的一切引力聯(lián)系�！�
繼核動(dòng)力飛機(jī)后，1957年，美國(guó)人又開(kāi)始了核火箭的研制，這就是獵戶座核火箭計(jì)劃。
獵戶座核火箭計(jì)劃
這是一個(gè)現(xiàn)在看來(lái)相當(dāng)瘋狂的計(jì)劃，即使出現(xiàn)在科幻小說(shuō)中，也會(huì)給人一種異想天開(kāi)的感覺(jué)，你猜他們是怎么推進(jìn)火箭的？用原子彈爆炸的方式！
具體過(guò)程是這樣的，使用一顆顆小當(dāng)量原子彈在火箭尾部相繼爆炸，火箭后面安裝的推進(jìn)盤(pán)可以吸收爆炸產(chǎn)生的沖擊波，并借此獲得動(dòng)力。
獵戶座核火箭升空示意圖
很容易想象，核火箭升空的過(guò)程就像海洋里的水母，一蹦一蹦的，每扔掉一顆原子彈，火箭就向上竄出一段距離。
根據(jù)設(shè)想，在起飛階段，每秒引爆一顆100噸TNT當(dāng)量的小型原子彈，當(dāng)火箭到達(dá)一定速度和高度后，引爆速率下降到每10秒一枚，由于已經(jīng)遠(yuǎn)離地面，此時(shí)引爆的是2萬(wàn)噸當(dāng)量的核彈。
研究人員用常規(guī)炸彈試驗(yàn)
研究人員用常規(guī)炸彈試驗(yàn)
研究人員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)照片
研究人員使用常規(guī)炸彈實(shí)驗(yàn)照片
以地球喜歡的方式
以上這種方式對(duì)地球很不友好，注定胎死腹中。而另一個(gè)更安全的方式是，先用多根火箭把飛船升到太空，遠(yuǎn)離人間后再盡情地拋灑核彈。
用常規(guī)火箭升空
獵戶座核火箭發(fā)射過(guò)程
獵戶座核火箭模擬發(fā)射過(guò)程
獵戶座核火箭模擬發(fā)射過(guò)程
到達(dá)外太空后，開(kāi)始點(diǎn)燃核彈
顯然，使用小當(dāng)量核彈爆炸以提供動(dòng)力，這能達(dá)到極高的速度。1958年，美國(guó)核科學(xué)家泰勒設(shè)想，如果在大氣層外每顆原子彈的爆炸當(dāng)量為2000噸TNT，那么引爆50顆這樣的原子彈后，飛船的最大速度可達(dá)70千米/秒。
核火箭在外太空前進(jìn)簡(jiǎn)單示意圖
但是問(wèn)題來(lái)了，這到了火星怎么辦？沒(méi)關(guān)系，把“屁股”調(diào)過(guò)來(lái)。
到了火星后，把“屁股“調(diào)過(guò)來(lái)，繼續(xù)放核彈
現(xiàn)在回過(guò)頭去看，獵戶座核火箭計(jì)劃實(shí)在是過(guò)于瘋狂，但在當(dāng)時(shí)的環(huán)境下，其實(shí)也是可以理解的。從1945年7月16日美國(guó)進(jìn)行世界上首次核試驗(yàn)到1989年底，各國(guó)共進(jìn)行了2000多次核試驗(yàn)。這其中，美、蘇兩國(guó)核試驗(yàn)次數(shù)約占總數(shù)的80%。
既然都進(jìn)行那么多次核試驗(yàn)了，而且還是大當(dāng)量的，那么用很多小當(dāng)量核彈發(fā)射火箭又有何不可？這是那個(gè)年代的想法。另外，獵戶座核火箭計(jì)劃還有一個(gè)在那時(shí)聽(tīng)上去很美好的借口：把美蘇巨大核武庫(kù)中的核材料充分利用起來(lái)，為人類(lèi)探索宇宙做貢獻(xiàn)。
1963年，《禁止在大氣層和外層空間進(jìn)行核試驗(yàn)條約》生效，獵戶座核火箭計(jì)劃也隨之走到了終點(diǎn)。
有失敗更有成功
因?yàn)閷?duì)環(huán)境不友好，以及技術(shù)原因，以上兩種對(duì)核能的利用均以失敗告終。然而，宇宙探索終究離不開(kāi)核能，“旅行者1號(hào)”長(zhǎng)久以來(lái)之所以還能與地球通訊，也全靠它上面的兩枚核電池。未來(lái)的太空探索，要想大大超越現(xiàn)今的成績(jī)，核能是唯一的選擇。
請(qǐng)關(guān)注“科普中國(guó)”，在下一個(gè)篇章我們將要說(shuō)說(shuō)在目前的宇宙探索中，已經(jīng)廣泛且成功的核能利用。
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