2.3 与风帆的发明相提并论？无奈的“流浪狗”

对核动力火箭前景的悲观看法，虽然很多雄心勃勃的技术人员并不认同，然而，随着美国空军那份报告被掷地有声地抛出，绝大部分核动力火箭项目仅仅开了个头便偃旗息鼓了，只有几个被认为技术门槛相对较低的核动力航空推进系统项目，得以维持经营。万幸的是，这种阴暗光景并没有持续很长时间。1951年，在橡树岭国家实验室主持核动力航空喷气发动机项目的罗伯特·W.布撒德博士，请求美国原子能委员会对核动力火箭计划进行重新评估（原子能委员会就是后来的美国能源部的前身，从诞生伊始便是美国最重要的联邦政府机构之一，主要负责核武器研制、生产和维护，联邦政府能源政策制定，能源行业管理，能源相关技术研发等。能源部也是美国联邦政府在基础科学研究方面最主要的管理和资助机构，下设24个国家实验室和大型科学试验设施，如世界一流的橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室、洛斯·阿拉莫斯国家实验室，托马斯·杰弗逊国家加速器试验设施等都归能源部管辖，研究的重点领域主要包括高能物理、核科学、等离子体科学、计算科学、材料科学，以及生物、化学、环境科学等）。这位核推进系统专家指出，根据核动力航空喷气发动机项目的进展情况，此前对核动力空间推进系统的估计过于悲观，事实上这样的推进系统正是化学能推进系统最强有力的竞争者，可以更有效率地将同样的载荷送往更远的地方。一连串充满说服力的计算数据，再加上布撒德博士出色口才的推波助澜，核动力空间推进系统阴霍的前景总算显露了一丝光明，1955年2月美国战略空军司令部终于同意重启对核动力空间推进系统的研究项目。当然，这种“开恩”并非是出于对基础研究突如其来的兴趣，而只是杜威的实用主义在作祟——相对于星际航行的美妙憧憬，以核动力驱动核弹头的“全核”战略导弹显然更能打动美国空军那颗冰冷的心。

事实上，美国空军重拾对核动力空间推进系统的兴趣，还有一个不能不提的重要因素——在1955年，作为一系列核动力洲际轰炸机计划的最初成果，由B-36改装而来的X-6试验型洲际重型轰炸机已经飞上天空。受此鼓舞，信心膨胀的美国空军当然希望“百尺竿头更进一步”，在更高的领域上有所突破，实现“全核洲际导弹”的梦想。于是尽管投资的功利性显而易见，但美国空军的大力支持还是很快见了成效。1955年7月，作为原子能委员会（USAF-AEC）的一个下属机构，位于加利福尼亚大学校园内的核动力空间推进系统分部正式挂牌，一切似乎已经上了轨道。然而，刚刚见到了些曙光的事情很快又遭遇挫折。用于宇航的核动力推进系统当然不是弹指间便能轻松搞定的，将其投入实际应用更需要耐心，可惜美国国会的议员们却没有这份心境——由于无法在短期内看到立竿见影的成果，用于项目研究的预算被砍去十之七八，原子能委员会核动力推进系统分部相应的人员编制也不得不大幅收缩。情急之下，为了避免刚有起色的核动力空间推进系统研究再次陷入低谷，科学家们被迫采取迂回的办法，先是由洛斯·阿拉莫斯国家实验室出头，打着研发核动力冲压发动机的幌子（用于巡航导弹），设立了一个被称为“冥王星”的计划。不过，这个所谓的“冥王星”计划实际上只是挂羊头卖狗肉的空壳，其真正用意只是在于申请经费，然后用这些经费作为“食物”去喂饱那只“流浪狗”——一个关于核动力火箭的秘密研究计划。虽然只是个见不得光的半官方“黑计划”，但醉心于核动力火箭的科学家们很早就意识到，如果有机会看到突破性的进展，美国政府迟早会插手进来，所以作为美国乃至世界上第一个真正意义上的核动力空间项目，“流浪狗”日后在人类拓殖史上的地位大概会与风帆的发明相提并论。

但需要提前说明的是，这个包含了“天大”野心的计划，其实在原理上与化学能推进系统并无本质差异，同属工质型火箭范畴。两者间的区别仅仅在于“流浪狗”所计划装备的热能式核动力推进系统，以核反应堆替换了液体火箭二元推进剂中的液氧箱，整个核火箭发动机由装在推力室承压壳体内的核反应堆、冷却喷管、工质输送系统和控制系统组成。在核反应堆中，核能转变为热能，加热工质。输送系统将工质先送入喷管冷却套，然后进入核反应堆加热，最后通过喷管膨胀加速排出。发动机控制系统调节工质的流量和控制核反应堆的功率。虽然在工作原理上类似，都是通过加热工质获得推力，但这种热能式核动力空间推进系统与化学能火箭发动机相比具有3个无法比拟的优点。第一，热能式核推进系统只需要一种成分的工作介质，而不像化学能火箭那样需要两种（如液体火箭）或两种成分以上（如固体火箭）的工作介质（传统的化学能式推进系统，液氧占整个发射重量的70%以上，而核反应堆只占整个发射重量的20%不到）。第二，核裂变过程中释放的巨大能量是化学燃烧（或爆炸）产生的能量所不能相比的，两者之差是100万倍（归根结底，能量是推进动力的源泉）。第三，与巨大的能量释放相对应，核裂变比化学反应能获得更高的温度。高温或超高温是使工作介质达到高流速、火箭达到高比冲的决定性因素之一。事实上，核热推进系统的根本优势就在于可以最大限度地利用自然界中分子量最小的单组分工作介质“氢”，从而得到最大的比冲（‘氢’是自然界中最接近‘真空’的物质，如果是高温电离状态下的‘氢’，这个特性更加接近‘所谓没有质量只有压强的理想气体’）。假如以“氢”作为工作介质，在其他因素相同的条件下，核热推进系统的比冲要比化学能火箭高出2倍多。由于比冲高，完成相同的空间飞行任务，核热推进系统所需推进剂的质量仅为化学能火箭发动机推进剂质量的1/3。而所需的任务本钱不到化学能火箭发动机的44%。显然，与化学能火箭推进系统相比，核热推进系统具有极大的优越性。

具体而言，整个“流浪狗”核动力火箭计划由两个子项目构成，分别是作为推进系统核心的核反应堆（项目代号“救护机”），以及使用这套热核推进装置的运载火箭本身（项目代号“神鹰”）。而在两个子项目中，核反应堆显然是重中之重，关系到整个计划的成败。作为空间推进系统源源不断的热能提供者，对于航天用核反应堆的要求归纳起来大致有两点：（1）功率密度大，能布置在火箭壳体的有限空间中，而且热转换效率要高；（2）能在强振荡、大倾斜、强噪声环境中长时间运转，不会发生大的故障。这样的要求与核潜艇反应堆的要求非常接近，只是对功率密度与热转换效率的标准更高罢了。事实上，通用原子能公司按照这一标准，已经成功制造出了用于洲际重型轰炸机的P-1型核反应堆。这就使“救护机”的研究并不是白手起家，而是有着非常详尽的参考范本。自1955年核潜艇诞生以来，潜艇用的核反应堆有两种类型，一种是压水堆，另一种则是液态金属堆。与压水堆相比，液态金属堆的热效率较高，可以使核动力装置的尺寸小而获得较大的功率，显然比压水堆更适合空间推进系统。然而，液态金属堆在技术水平上比压水堆要高出一个级别，研制难度更大，这就需要先从陆上模拟堆开始，一步一个脚印地在摸索中逐步完善设计。所谓陆上模拟堆，也就是建造一个陆上试验台架式的核反应堆装置，观察它的运行状态，必要时对其进行修改、培训各类人员，试验成功后进行鉴定，经再次设计最终达到装机状态。不过，关于如何建造陆上模拟堆有两种不同的方案。一种方案主张在陆上建造分散的试验室式的核反应堆装置，它的优点是可以方便设计、制造、安装、调试、运行检查和维修。而当时美国海军核推进计划负责人海曼·里科弗海军上将则坚决主张，从一开始就将台架式的陆上模拟堆的核反应堆和附件装置按实际装机状态一样布置，并将这种主张归纳为“MARK-Ⅰ等于MARK-Ⅱ”公式表示。也就是说，在安排实施计划时，为能保证一次成功，要求模拟堆的每个部件都必须比实际装机工程状态的部件提前几个月完成制造，在模拟堆上的一些修改必须反映到实用堆中。这样的模拟堆可以认为在总体上“MARK-Ⅰ等于MARK-Ⅱ”，而MARK-Ⅱ的情况比MARK-Ⅰ更能满足核潜艇的实际要求。一目了然的是，海曼·里科弗研制潜艇核动力装置的思想体系和理论是非常科学并符合实际的，因此这种方法最终为“救护机”核动力空间推进系统项目所借鉴。1957年4月，“救护机”项目的首个陆上模拟堆KIWI-A（“新西兰人”）开始建设。

为了安装到比潜艇内部更为狭小的空间，KIWI-A采用了紧凑的一体化布置结构，以简化系统、外围设备和附件，减少自身能量消耗、体积和重量。其堆芯本身属于由液态金属钠进行循环冷却的石墨堆，以碳化铀棒为燃料，可以保证在3300℃的高温下，仍然保持堆芯材料的物理机械性能，整体堆型设计非常合理。然而，如果按照“MARK-Ⅰ等于MARK-Ⅱ”的模拟堆建造原则来衡量，KIWI-A只有核反应堆舱部分，没有二回路推进装置部分，核反应堆产生的热能只用1台汽轮发电机来消耗，也就是说这个陆上模拟堆只是对核反应堆本身和一部分回路进行考核，并不完整。当然，从核动力计划整体上的庞杂繁复来看，即便是进行了如此程度的简化，KIWI-A也依然是个了不起的阶段性成果。可惜的是，当1957年10月4日苏联的人造卫星开始从太空中传来令人烦躁不安的“嘟嘟”声时，美国人按部就班的套路都改变了，并不完整的KIWI-A模拟堆让人感到实用化核动力空间推进系统的遥遥无期，美国空军已经无法忍受核动力火箭项目缓慢的进展。事实上，早在KIWI-A开建之前，事情就已经有些不妙了。在1956年6月，美国空军便明确表示，出于进度及技术风险方面的考虑，正在进行中的几个洲际弹道导弹项目将不考虑采用过多的新技术。特别是利用核动力的推进系统。出于同样的原因，甚至连已经成功试飞了47次的NB-36H——WS-125.A核航空器项目也被取消，也就是说，“全核战略导弹”的梦想基本破碎。现在随着苏联人将人类第一颗人造卫星送入近地轨道，急于扳回太空领域劣势的美国人，又打算用技术成熟度高的化学能推进系统先将自己的卫星送入太空再说。于是，核动力火箭又一次在时间上被化学能火箭所打败，本来一直按照正常科研节奏稳步推进的“流浪狗”计划，一时间似乎失去了方向，被迫作为预研性质的技术储备向空间探索方向发展。

不过，尽管转入了预研状态，但这并不意味着“流浪狗”停止了奔跑。事实上，也许吃核燃料的“流浪狗”在一开始可能的确没有那些满肚子化学推进剂的同类跑得快，然而如果假以时日，这只“流浪狗”的耐久性与爆发力却不是后者所能比拟的。虽然50年代末的美国空军被所谓“导弹差距”搞得焦头烂额，但长远目光终究还是有的，对核动力是未来一切空间计划的希望这一点看得非常清楚。同时为了扭转颓势，美国政府在新成立的国家航空航天局（NASA）框架内与洛斯阿拉莫斯国家实验室合作成立了美国国家航天核推进局，用于接管“流浪狗”计划，以整合资源加速实用型核动力火箭的研制进程，抢在苏联人前面向月球乃至火星发射载荷。

另一方面，作为“猎户座”曾经狂热的支持者，在这个过于“暴力”的核火箭计划的下马实质上已成定局后，冯·布劳恩便将注意力转移到了较为“温合”的“流浪狗”计划。他凭借自己的影响力，在与政府高层官员的交涉中取得了一定的进展，再加上国家航空航天局虽然因为害怕公众反对“猎户座”，因而不愿提供经费是可以理解的，然而他们对于资助载人航天的其他研究项目却非常感兴趣。因此，通过“变通”其他项目经费的办法，“流浪狗”倒一直没有“饿肚子”。1959年6月，在位于拉斯维加斯西北190千米的偏僻小镇尼瓦达，KIWI-A陆上模拟堆成功运行了5分钟，以1500℃的堆温输出即达70兆瓦。在随后的几个月，另外两个同型号KIWI-A模拟堆先后投入了长期稳定运行。受此鼓舞，建造真正的全状态模拟堆KIWI-B，被提上了日程。不过，与KIWI-A这种并不完全符合“MARK-Ⅰ等于MARK-Ⅱ”标准的模拟堆不同，KIWI-B是完全按照可升空的全状态标准设计建造的：堆温达3200℃。同时KIWI-B虽然仍以氢为工作介质，但已经由KIWI-A那体积庞大的试验台架用压缩气箱换成了紧凑的液氢气瓶。人类的核动力火箭梦想似乎正在一点一滴地变为现实。