2.4 强行上马的NERVA核动力火箭

由于在当时的冷战环境下，美、苏在空间领域的竞赛开始趋于白热化，结果像他们的苏联同行一样，美国人也开始了“大跃进”（美国人相信，苏联方面正在进行类似的核动力空间计划）。1960年秋，SNPO的工程师们提出利用“流浪狗”计划所取得的技术成果，制造一个被命名为NERVA的完整核动力火箭推进系统（NERVA即核动力火箭飞行器的缩写）。其核心是一台推力达25吨、比冲1000秒的热能式核动力发动机。当然，后来使用化学能燃料的土星5，即便是其第3级S-4B也能产生100吨的推力，所以与之相比，NERVA显然“魄力不足”。然而，考虑到此时并不完整的KIWI-A模拟堆尚且都没有进行满功率运行（KIWI-A模拟堆的目标仅仅是2.5吨推力，比冲150秒而已），号称完全按照可升空全状态标准建造的KIWI-B更是还停留在绘图板上，那么现在一下子推出如此指标的实用型号，是不是“大跃进”也就一目了然了。

尽管严重违背了科学研究的一般规律，不过在那个疯狂的年代，一切都被认为是理所当然的。1961年4月，条件并不成熟的NERVA核动力火箭强行上马，核反应堆由西屋电气公司制造，火箭整体设计及组装则由通用原子能公司负责（通用原子能公司成立于1955年，从事从核能、磁悬浮、无人机，到电子及激光技术等广泛领域的研究开发）。然而，由于技术储备不足，西屋电气公司迟迟拿不出能够达到实用状态的核反应堆部分（研制中存在的主要技术问题是辐射防护、排气污染、核反应堆的控制和高效率换热器的设计等）。事实上，西屋电气公司的核反应堆难产是情理之中的事情——这个东西其实就是KIWI-B全状态模拟堆的量产型。而此时，KIWI-B的建造进程才刚刚开始。直到1961年12月，使用台架式压缩氢气箱的KIWI-B1A模拟堆才顺利起动。虽然在时间上多少有点拖沓，但看起来一直顺风顺水的KIWI系列，却在接下来的Kiwi-B1B上栽了大跟头。1962年9月，使用一体化液氢气瓶的Kiwi-B1B全状态模拟堆在运行过程中，石墨堆芯突然破裂，高达3000℃的放射性碎片随即由喷嘴喷出，燃起了冲天的火焰。面对如此挫折，忍无可忍的美国空军只好退而求其次，将实用型的NERVA降低标准，先作为所谓的核动力空间试验机（RIFT）转交洛克希德导弹与空间系统分部负责。然而即便如此，霉运还是再次找上门来。由于一直没能找到KIWI-B1B事故的真正原因，随后建造的KIWI-B4A只进行了几处无关痛痒的改进便被匆忙投入了试验。结果在1962年11月20日，同样的灾难又一次降临到KIWI-B4A，核反应堆的石墨堆芯裂成碎片从喷嘴排出，台架试验现场一片狼藉。在相同的地方跌倒两次，这种耻辱令美国空军怒不可遏，下令SNPO在彻底查清KIWI模拟堆所存在的设计缺陷前，有关NERVA的一切全部暂停。不过，美国空军的震怒的确产生了效果，经过2个月的努力，SNPO的工程师们总算是搞清了紧凑的液氢气瓶回路在设计上存在缺陷，正是这个缺陷使石墨堆芯温度不均，当核反应堆以3000℃以上高温全负荷运行时，便很可能导致堆芯破裂。

1962年9月，正在运行中的KIWI-B1B热能式核动力空间推进系统全状态模拟堆突然发生堆芯破裂，爆炸起火

显然，KIWI模拟堆所存在的问题与过于超前的设计指标不无关系，但急功近利的心态却是导致整个计划陷入困境的真正根源。不过，人们也大可不必抓住这一点对SNPO工程师们大加指责，事实上，在当时严峻的冷战压力下，不单单这个近似于科学幻想的核动力火箭计划存在着急功近利的问题，几乎美国全部的空间项目都弥漫着程度不同的浮躁心态（即便是比核动力火箭计划在技术难度上要低几个等级的土星火箭计划同样如此）。因此，我们更应该看到的是，尽管挫折不断，但美国人仍然从KIWI系列模拟堆的试验中获得了极有价值的东西。通过几个KIWI模拟堆的失败，美国人意识到以核动力推进系统作为火箭的第一级并不明智。原因是作为液氧箱替代品的核反应堆，并不像前者那样在冲出大气层的过程中被消耗，从而不断地降低自身重量。事实上，就火箭在大气层内的发射性能而言，最好的化学能火箭所用的低温氢氧发动机的比冲量是450秒，虽然理论上由KIWI系列模拟堆实用化来的NERVA比冲量大约是这个数字的两倍，但考虑到核燃料的能量密度是化学燃料的数百万倍，NERVA比冲量的数值小得令人吃惊，更重要的是，要达到这个比冲量，核反应堆堆温必须被提高到3000℃以上。这样一来必须控制核反应堆功率或者加强材料，这不但造成推进效率进一步降低，而且技术难度也会成几何级数激增（主要的问题在于核反应堆需要的工作温度必须小于火箭结构材料的熔点）。

KIWI-B4A核反应堆燃料棒结构示意图