美國國家航空暨太空總署（NASA）希望在 2028 年底前將其送往火星。專家表示，這非常……雄心勃勃。
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就在 Artemis II 任務完成歷史性的繞月飛行前不久，新任 NASA 局長 Jared Isaacman 在華盛頓特區的總部宣布了一系列消息。他表示，美國將很快進行更頻繁的月球任務，並在十年內為月球南極的基地奠定基礎。他也重申了太空總署在月球表面部署核反應爐的承諾。
這些目標在很大程度上是預料之中的——但仍有一個驚喜。Isaacman 還表示，NASA 將建造有史以來第一艘核反應爐驅動的星際太空船，並在 2028 年底前將其送往火星。這艘太空船被命名為 Space Reactor-1 Freedom，簡稱 SR-1。「經過數十年的研究，以及數十億美元投入從未離開地球的概念後，美國終於將開始太空核動力計畫，」他在活動中說。「我們將發射這項首創的星際任務。」
一項成功的任務將預示著太空飛行的新時代，根據多位專家的說法，在這個時代，往返地球、月球和火星將比以往任何時候都更快、更容易。這也可能讓美國在與中國的競賽中佔據優勢——讓美國能夠在其最大的地緣政治對手之前登陸另一顆行星。
雖然專家們一致認為時間表極為緊迫，但他們很期待看到美國太空總署及其產業合作夥伴能否創造工程奇蹟。「你醒來聽到這個消息，臉上會露出大大的笑容，」威爾斯班戈大學核未來研究所聯合主任 Simon Middleburgh 說。
關於 SR-1 的公開細節很少，NASA 自家的太空飛行研究人員也沒有回應置評請求。但 MIT Technology Review 採訪了幾位核動力和推進專家，以了解這艘新型核動力太空船可能如何運作。
傳統上，太空飛行一直由化學推進提供動力。液態氫和液態氧在火箭中混合，然後點燃；爆炸產生的熾熱廢氣通過噴嘴噴出，從而推動火箭前進。
化學推進提供顯著的推力，並且在可預見的未來，仍將用於將太空船從地球發射。但核推進將使太空船能夠在太陽系中飛行更長時間、更快速，遠超目前可能達到的程度。
「每公斤的能量效益更高，」Middleburgh 說。核燃料的能量密度遠高於傳統燃料，這意味著它的效率高出數個數量級。「效率真的、真的、真的很高，」太空核技術專家、維吉尼亞州航空航天公司 Analytical Mechanics Associates 高級項目副總裁 Lindsey Holmes 說。
這種方法還消除了傳統能源方程式中的另一個元素：太陽能。包括 Artemis II 任務的 Orion 太空艙在內的太空船，通常依賴太陽能。但這可能是一個問題，因為太陽在太空中並非總是照耀，尤其是在行星或月球擋住其路徑時——而且當你駛向太陽系外圍，超越火星時，可用的陽光就更少了。
為了規避這個問題，核能來源在太空船上已經使用過很多次——包括旅行者號任務和探測土星的卡西尼號探測器。這些被稱為放射性同位素熱電發電機（RTG），它們使用鈽，鈽會放射性衰變並在此過程中產生熱量。然後將這些熱量轉化為太空船使用的電力。然而，RTG 與核反應爐不同；它們更像是放射性電池——更為基礎，功率也顯著較低。
那麼，核反應爐驅動的太空船將如何運作？
儘管操作上有所不同，但在太空中運行核反應爐的基本原理與在地球上大致相同。首先，獲取一些鈾燃料；然後用中子轟擊它。這會破壞鈾不穩定的原子核，釋放出大量額外中子——這迅速升級為一種自我維持、熾熱的核分裂反應。然後，其巨大的熱輸出可用於產生電力。
在太空中這樣做聽起來可能很瘋狂，但事實並非如此：這個想法，甚至很多基本技術，已經存在了幾十年。蘇聯曾將數十座核反應爐送入軌道（通常用於為間諜衛星供電），而美國在 1965 年僅部署了一座，稱為 SNAP-10A——這是一項技術演示，用於觀察它在太空中是否能正常運行。目標是讓反應爐運行至少一年，但它僅運行了一個多月，就因太空船的高壓故障而發生故障並關閉。
如今，半個多世紀後，美國希望其有史以來第二座太空核反應爐做完全不同的事情：為星際太空船提供動力。
需要明確的是，美國已經啟動並終止了無數項核推進研究計畫。最新的受害者是 DRACO，這是 NASA 和國防部之間的一項合作，於 2025 年結束。與之前的幾項努力一樣，DRACO 被取消的原因是實驗成本高昂、常規火箭推進價格較低，以及確保地面測試能夠安全有效地進行的難度（畢竟它們會產生極其強大的核反應）。
但現在外部因素可能正在改變計算。Artemis 計畫已經啟動了美國重返月球的計畫，新的太空競賽具有顯著的動力。第一個部署核推進的國家將在深空導航方面具有嚴重優勢。
「我認為這是一項非常可行的技術，」佛羅里達太空研究所的太空飛行工程研究員 Philip Metzger 說。「我很高興看到他們終於這樣做了。」
這種技術的一個版本稱為核熱推進（NTP）。你從一個核反應爐開始，它以約 5,000°F 的溫度運行。然後「你有一種冷氣體，你將冷氣體噴灑到熱反應爐上，」Middleburgh 說。「氣體膨脹，你將它噴射到噴嘴後部，你就獲得了衝量。這個衝量將你向前推進。」
由於推力取決於噴射氣體的速度，推進劑氣體需要很輕，這使得氫成為一種受歡迎的選擇。但氫是一種腐蝕性和爆炸性物質，因此在 NTP 引擎中使用它可能會使其操作起來很危險。除此之外，NTP 的運行壽命不一定很長。
或者，還有核電推進（NEP），它「推力非常低，但效率很高，因此你可以長時間使用它，」美國能源部太空反應爐計畫國家技術總監 Sebastian Corbisiero 說。這種方法利用核反應爐的熱量來發電。然後利用這些電力為氣體充電，再將其噴射出太空船，產生推力。
NTP 和 NEP 都已被美國研究人員調查過，因為兩者都有一個額外的好處，就是讓人類更容易、更安全地探索太陽系。太空中的宇航員會暴露在有害的宇宙輻射中，但由於核推進使太空船速度更快、更靈活，他們在其中停留的時間會更短。「這解決了輻射問題，」Metzger 說。「這是發明更好往返火星推進方式的主要動機之一。」
對於 SR-1，NASA 選擇了核電推進。NEP 比其熱力學對應物「簡單得多」，Middleburgh 說。本質上，你只需要將核反應爐連接到一個動力與推進系統。對 NASA 來說幸運的是，它已經有一個了。
多年來，NASA 以及其在加拿大、歐洲、日本和中東的太空總署合作夥伴一直在為 Gateway 做準備，Gateway 旨在成為人類第一個繞月軌道的空間站。Isaacman 在三月取消了該項目，但這並不意味著其技術將被浪費；這個被取消的空間站的動力與推進部分將被用於 SR-1。這個裝置原本將由太陽能供電。現在它將連接到一個正在開發中的、專為在太空中生存而定製的核反應爐。
SR-1 可能會是什麼樣子？MIT Technology Review 看到了一份 NASA 太空反應爐辦公室項目主管 Steve Sinacore 的演示文稿，其中提供了一些線索。到目前為止，概念藝術將其描繪成一支巨大的帶有羽翼的箭。後部將是動力與推進系統，而箭頭將裝有一個 20 千瓦或更高的、裝有鈾的核反應爐。（作為參考，地球上典型的核電廠功率是 50,000 倍，產生 1 吉瓦的電力。）
SR-1 上的「羽翼」是大散熱片，用於幫助反應爐冷卻。「你必須有非常大的散熱器，」Holmes 說，因為核分裂過程會產生大量熱量，其中大部分必須排入太空——否則，反應爐和太空船將熔化。
根據該演示文稿，太空船的硬體開發將於今年六月開始。到 2028 年一月，SR-1 的系統應準備好進行組裝和測試。到當年十月，太空船將抵達發射場，準備在年底前發射。核反應爐能保持穩定嗎？「安全地通過發射將是一個挑戰，」Middleburgh 說。「你會經歷劇烈的震動和顛簸。」
然後，他說，「一旦你進入太空，一旦你度過了那幾分鐘的地獄般的過程，你就必須擔心零重力問題。」問題就變成了：在陸地上建造的反應爐的機械結構還能正常工作嗎？
為了安全起見，核反應爐將在發射後約兩天啟動，那時它已經安全地進入太空。鈾本身並不是極其危險的，但反應爐啟動後產生的核廢料則不能這麼說，所以你不希望任何東西掉回地球。
如果這個時間表得以遵守，並且 SR-1 按計劃運行，預計它將在大約一年後到達火星。「這是一個積極的時間表，」Holmes 說，她懷疑這部分是由於中國和俄羅斯自己的深空核野心驅動的。這兩個國家計劃到 2035 年在月球表面部署自己的核反應爐，為計劃中的國際月球研究站——一個聯合運營的月球基地——提供動力。
無論它是在太空中飛行還是失敗，SR-1 的運行都應該有助於 NASA 在不久的將來在月球上部署核反應爐。「我們將學到的關於該系統在太空中如何運行的所有東西，對於地面應用非常有幫助，因為基本上是一樣的，」Corbisiero 說。「月球上仍然沒有空氣。」
如果 SR-1 真的取得了勝利，這將是 NASA 的一場改變遊戲規則的勝利。它也將是「坦率地說，對人類來說是一場巨大的勝利，」Middleburgh 說。「這將是一項工程奇蹟，它將推動人類可能踏上火星的進程。」與許多同事一樣，包括 Holmes，他對第一艘核動力星際太空船的前景感到興奮——即使時間表極具挑戰性。
「這些是讓我們早上起床的事情，」他說。「這些是我們年老時會記住的事情。」