兩年內從地球衝到火星？ NASA正在構思核動力推進解決方案

美國國家航空暨太空總署（NASA）正在研究一種突破性的核電推進系統，該系統可能大幅縮短前往火星的時間。MARVL項目旨在通過在太空中將龐大的散熱器系統分解成更小、由機器人組裝的部件，徹底改變太空旅行方式。這種方法具有靈活性，消除了有效載荷的限制，並引入了一種全新的航太器設計思路。

核動力推進器模組化組裝散熱器（MARVL）

核動力推進器模組化組裝散熱器（MARVL）旨在將核動力推進器的一個關鍵元素——散熱系統——分成較小的部件，在太空中以機器人方式自主組裝。

往返火星是一項艱鉅的挑戰，需要的時間遠不止幾天、幾周甚至幾個月。不過，新興技術可以在兩年左右的時間內實現往返旅行。NASA正在研究的一個極具前景的解決方案是核電推進（NEP）。這項技術利用核反應爐發電，然後使氣態推進劑電離（即帶正電荷）和加速，為航太器產生推力。

位於維吉尼亞州漢普頓的NASA蘭利研究中心的研究人員正在開發一個系統，它可以使核電推進離實際應用更近一步。他們的項目名為「核動力推進器模組化組裝散熱器（MARVL）」，主要針對核動力推進器的一個關鍵挑戰——散熱。

放鬆設計與優化

MARVL不依賴於單一的大散熱器系統，而是將其分為較小的模組化組件，這些組件可由機器人系統在太空中自主組裝。「通過這樣做，我們就不用再試圖把整個系統裝進一個火箭整流罩裡了，」NASA蘭利分部的傳熱工程師、MARVL的首席研究員阿曼達·斯塔克說。「相反，這也讓我們能夠稍微放鬆一下設計，真正做到最佳設計」。

放鬆設計是關鍵，因為正如斯塔克所提到的，之前的想法是將整個核電散熱器系統安裝在火箭整流罩（或稱鼻錐）下面，鼻錐可以覆蓋和保護有效載荷。完全展開後，散熱器陣列的大小約等於一個足球場。可以想像，要把如此龐大的系統整齊地折疊在火箭頂端，工程師們將面臨怎樣的挑戰。

模組化帶來的可能性

MARVL技術開啟了一個充滿可能性的世界。與把整個系統塞進現有的火箭中相比，這將使研究人員能夠靈活地以任何最合理的方式把系統的各部分送入太空，然後在地球外進行組裝。進入太空後，機器人將連接核電推進系統的散熱器板，液態金屬冷卻劑（如鈉鉀合金）將流經散熱器板。

雖然這仍然是一項工程挑戰，但它正是NASA蘭利分局的航太組裝專家數十年來一直在努力攻克的工程難題。MARVL技術可能是第一個重要的里程碑。空間組裝組件不是現有技術的附加物，而是將惠及並影響其所服務的航太器的設計。

研究團隊的努力

現有的飛行器以前在設計過程中沒有考慮過太空組裝，因此我們有機會說，「我們要在太空中建造這個飛行器。我們該怎麼做？如果我們這樣做，飛行器會是什麼樣子？」NASA蘭利研究中心該項目的導師茱莉雅·克萊因說：「我認為這將拓展我們對核動力推進的理解。」

她領導該中心參與了核動力推進技術成熟計劃的開發，該計劃是MARVL的前身。該技術成熟計劃由位於阿拉巴馬州亨茨維爾馬歇爾太空飛行中心的太空核推進項目負責實施。

NASA空間技術任務局通過「早期職業計劃」授予MARVL項目，給予該團隊兩年的時間來推進這一概念。斯塔克和她的隊友正與外部合作夥伴博伊德-蘭卡斯特公司合作開發熱管理系統。團隊成員還包括來自克利夫蘭NASA格倫研究中心的散熱器設計工程師和來自佛羅里達州甘迺迪航天中心的流體工程師。兩年後，該團隊希望將MARVL設計推向小規模地面演示。

機器人在太空中建造核推進系統的想法激發了人們的想像力。「我們的一位導師說，‘這就是我想在NASA工作的原因，因為有這樣的項目’，這太棒了，因為我很高興能參與其中，我也有一樣的感受。」

NASA的太空核推進項目為MARVL提供了額外支持。該項目正在進行的工作是利用核電推進和核熱推進，使繞月運行和近地探索、深空科學任務以及載人探索的技術日益成熟。