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载东谈主火星探伤任务是载东谈主航天领域的永久指标容貌，亦然航天大国的竞争新幅员。而火星距地球的距离约是地月之间的500倍，不仅使航天器的领域及任务难度迢遥于地月间来去，宇宙中的永劫飘动还将带来空间辐射、微重力等问题对航天员产生不利影响。开拓地火间快速来去时期是杀青安全载东谈主火星任务的最基本要求，而当今主流的化学火箭鼓舞系统的智商难以相宜载东谈主火星任务，存在比冲低（≤500s）、质地大、在轨拼装难等问题，更高效的核热、核电鼓舞时期成为发展应用的所在。核热鼓舞哄骗核反馈堆产生的裂变热能把氢气等低分子量鼓舞剂加热到很高的温度，然后将高温高压的鼓舞剂从喷管高速喷出，产生高比冲（≥900s）。核电鼓舞把核反馈堆的裂变热能颐养成大功率电能，供给电鼓舞系统使用。推动核能源载东谈主火星来去运载器盘问发展，是杀青快速高效地火来去的进击门道，对耕种我国收支外空、哄骗外空智商，树立航班化载东谈主航天运载系统以及成立航天强国具有进击酷好酷好。

王巍

中国科学院院士

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登陆火星是东谈主类探索宇宙的进击指标

火星对东谈主类来说一直是特殊的存在，火红色的举座外不雅更是让这颗行星荒谬惹东谈主怜惜。东谈主类对火星的不雅察和探伤历史依然高出3500年，包括了对火星的地基不雅察和航天探伤。从火星在太阳系中的位置来看，它是太阳系八大行星之一，离太阳由近至远的顺次罗列为第四颗。在太阳系八大行星之中，火星亦然距离地球第二近的行星（最近的是金星）。大要每隔26个月就会发生一次火星冲日，地球与火星的距离在冲日历间会达到极小值，常常不及1亿公里，而在火星发生大冲时，距离致使不及6000万公里，这为东谈主类地基不雅察火星提供了更好的条目。

东谈主类的火星探伤之路充满了陡立，近一半的探伤器，尤其是早期放射的探伤器，齐设有或然告捷完成任务。但火星对东谈主相似乎有一种特殊的蛊惑力，因为它是太阳系中最近似地球的天体之一。此外，把柄科学家算计，火星上也曾应该有着巨大的湖泊存在，这关于东谈主类寻找外星球生命和改日东谈主类侨民，有着紧要的酷好酷好，因此，探索火星一直是东谈主类探索宇宙的进击指标。

▲火地距离与火星探伤器放射窗口的联系

核能源载东谈主火星探伤登上舞台

载东谈主火星轨谈运载器的时期门道中，收受传统化学鼓舞和太阳能电鼓舞对任务带来了挑战和不祥情趣。不同于其他地月空障碍纳传统鼓舞的航天任务，核能源时期受到了载东谈主火星探伤的爱好，新世纪以来，针对载东谈主火星探伤中轨谈运载器的决策大巨额波及到了核能源时期。

▲SpaceX 星箭载东谈主火星任务

为什么会出现这种时期门道的相反呢？火星距地球的距离约是地月之间的500倍，不仅使航天器的领域及任务难度迢遥于地月间来去，宇宙中的永劫飘动还将带来空间辐射、微重力等问题对航天员产生不利影响。收受当今主流的化学火箭鼓舞系统，效果较低，要达到来去火星的指标，色姐jie航天器需要捎带千吨级的鼓舞剂，远远高出当今百吨级的放射智商，即使收受屡次放射，其在轨拼装、航天器结构等也濒临巨大挑战。因此，探索更先进更高效的核热鼓舞和核电鼓舞等时期应用，成为发展所在。核鼓舞系统主要可分为核电鼓舞和核热鼓舞。

▲载东谈主火星太阳能电鼓舞航天器（左）与国外空间站（右）领域对比

核热鼓舞

核热鼓舞的使命旨趣是收受使命介质流过核热反馈系统（反馈堆）经受能量，产生高温高压的气体，然后通过喷管被加快到超音速，从而产生鼓舞能源。核热鼓舞比冲相对较高，可达900s，约是传统化推的2~3倍，不错杀青较少的放射领域。此外，核热鼓舞的推力与化推相似，可达到千牛级，或然提供快速来去火星的智商，从而训斥宇航员恒久表露于宇宙和高能太阳辐射的风险，也可为快速济急逃生轨谈生动提供大推力。

▲核热鼓舞系统构成

核电鼓舞

核电鼓舞的使命旨趣是将核反馈堆产生的热能通过热电颐养装配颐养成电能，再通过电源措置与分派装配将电能提供给电推力器等，为航天器提供推力。电鼓舞的比冲一般可超3000s，远迢遥于化学鼓舞最大要500s的比冲。在疏导速率增量下，极猛经由的省俭了鼓舞剂质地，不错达到最小放射领域。但电鼓舞的推力小，小功率的电推力器常常独一mN级，远远小于化学鼓舞上千牛的推力等第。因此，不受深空中太阳光照强度抑制又不错高效提供大功率的核电源不错数目级的显贵耕种电鼓舞系统的推力。此外，收受小数的化学鼓舞发动机进行组合鼓舞，用于行星拿获和逃遁以减少飘动时刻。

▲DRA5.0 中载东谈主（上）和货运（下）飞船默示图

核能源载东谈主火星探伤的快速来去上风

天然太阳能电鼓舞、化学鼓舞、核电鼓舞、核热鼓舞等多样能源风物均不错欢快来去火星，但内容上载东谈主火星探伤任务对轨谈运载器建议了特别的需求：短任务时刻和小放射领域。短的任务时刻意味着航天员着陆火星后，无法恭候到最省能量的复返地球窗口，因为这是快要500天的恭候，带来了空间辐射、零重力等恒久空间任务的好多其他方面量度的风险。因此，载东谈主火星探伤的焦点已转动为捎带更多鼓舞剂践诺短期任务，取代顽劣量需求的恒久任务。于是更为高效的核鼓舞时期成为轨谈运载器的最优能源风物。

▲核电 - 化学组合鼓舞航天器

杀青核能源载东谈主火星探伤快速来去的进击酷好酷好

核能源载东谈主火星快速来去，是杀青东谈主类初次登陆火星、地火航班化运载、火星侨民的进击基础。以核能源载东谈主火星快速来去时期看成开拓空间先进能源的进击载体，将改变现存化学鼓舞比冲低的时期近况，在空间高比冲大推力核热鼓舞、长命命高效果核电鼓舞等方面获得糟蹋，大幅提高收支空间、空间中生动的智商。同期可看成牵引深空探伤工程时期糟蹋的转换引擎，带动低温燃料恒久低损耗贮存时期、长命命空间核电源时期、高母线电压大功率供配电时期、高效热量传输与热电颐养时期、大功率高比冲电鼓舞时期、高精度导航、制导与铁心时期、新兴材料制造等迢遥新兴时期的发展。糟蹋核能源载东谈主火星快速来去时期，不错大幅耕种东谈主类参加近地空间、地月空间、深空等的频率并裁减飘动时刻，为树立航班化载东谈主航天运载系统，高效开拓和探索宇宙具有进击酷好酷好。

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