近期，在NASA马歇尔航天飞行中心（MSFC）空间核推进项目办公室的核热推进项目框架下，阿拉巴马大学亨茨维尔分校（UAH）的研究人员正联合多所高校开展离心气泡渗透型核热推进概念，计划应用于深空探测。

3月11日，在NASA举办的核热推进研讨会上，相关研究机构交流了关于离心气泡渗透型核热推进研究进展和问题。

性能优势

气泡渗透型离心核热推进概念原理是将氢气加热到超高温，但不发生燃烧。氢气通过发动机内多孔圆柱壁中的旋转液态铀芯时，产生气泡，喷出喷管，膨胀氢气将为航天器提供推力。

该项目首席研究员托马斯（DaleThomas）博士表示，气泡渗透概念是新型液体燃料核热火箭提出的三种基于氢的设计之一，其优势在于相比燃烧氢氧的传统液体火箭发动机，其性能高出许多。

在传统液体火箭发动机燃烧中，以氢氧发动机为例，推进剂反应后的产物—H2O相对较重，不能快速从喷管排出，所以推力更大但比冲更小。

🔺 气泡渗透核热推进发动机简化图

托马斯博士认为若推进剂温度很高，就会产生更多的能量，并且会更快地从喷管喷出，从而提供更多推力。

推进剂的高效率可以使飞行时间更短，使用直接轨迹代替精确定时的行星飞越来提供重力辅助。

技术挑战

从概念上讲，气泡式发动机还有许多技术挑战，其中最重要的是为其多孔气缸壁开发一种可承受与熔融铀燃料直接接触的材料。

托马斯博士表示，气泡渗透的概念自60年代就已经存在，物理学很好理解，但工程方面的挑战使这个概念在过去一直无法实现。现阶段的尝试是借助如今的技术研制出可行的液体燃料核热发动机样机。

研究队伍力量

🔺 极端旋转驱动下的气泡液体实验

研究队伍集中在三个方面：

01 液态铀和气态氢的热力学传热建模和分析。

02 对液态铀介质中的气态氢气泡的几何形状和轨迹进行建模和分析。

03 实验并确认动态和热力学模型的分析预测。

🔺AntFarm静态测试设备内观察水柱气泡上升

在约翰逊研究中心，科学家们正在建造实验装置，用来验证对传热和气泡动力学的分析预测结果。到目前为止有两个装置，一是AntFarm，二是气泡液体实验导航驱动的极端旋转（BubblingLiquidExperimentNavigatingDrivenExtremeRotation，或称BLENDER）。这些设备使用水中的气泡来模拟氢气通过发动机铀芯的气泡。

作为合作伙伴的多所大学也在从事不同相关领域研究。

· 罗德岛大学（URI）正在做有关发动机离心燃料元件驱动系统的高级设计项目，包括如何旋转到运行速度、保持在所需的旋转速度并使其减速。

· 德雷克塞尔大学正在开发汽缸壁的材料特性。

· 麻省理工学院正在研究气泡动力学。

· 密歇根大学（UM），研究人员将通过实验研究反应堆本身的物理特性，即中子学。

· 宾夕法尼亚州立大学正在研究中子学和加热。

未来设想

托马斯博士表示，“我们正在进行任务研究计划（missionstudies），看看除了载人火星任务之外，核热推进系统能做什么”，“到目前为止，我们的工作表明，它可以为前往太阳系外行星的无人科学任务提供动力，甚至可能从木星卫星返回样本。

当前的化学推进系统必须依靠适当的行星排列来在行星飞行时利用重力辅助。“这种行星排列每隔几年才会出现一次，”托马斯博士说。“有了这种液体燃料核热推进，你甚至可以直接到达柯伊伯带。”柯伊伯带最近距离太阳44亿公里，前往那里将是相当长的一段旅程。