2.5 渐入佳境

显然，对真正的星际空间计划来说，从头到尾的全核动力是得不偿失的下策，热能式核动力推进系统的优势不在于推力而在于耐久性，只将其作为冲出大气层后的上面级才不失为真正的明智之举（先用采用化学燃料的第一或是第二级推进系统将载荷送到大气层外，然后起动热能式核动力推进系统的上面级开始漫长的空间航行）。这是由于运载火箭系统上面级的推进系统并不需要过分执着于比冲量的数字，热能式核动力推进系统的技术难度因此降低了几个百分点。事实上，如果不用作起飞动力，以液氢为工作介质的热能式核动力推进系统的研究难点已经不是堆温，而是长期航行所需要的耐久稳定性。为此，就需要对液氢环路及冷却系统的设计进行精雕细琢。液氢密度小，因此体积流量大，对泵要求更高。另一方面，和其他推进剂相比，使用液氢作为工质的热能式核动力发动机还需要额外的“预冷”系统，因此，在推进剂进入管路前先对管路进行预冷，防止低温推进剂突然流进管路时将导管冻坏（液氢还有一个特殊的危险性质：它不导电。推进剂在管路中流动时会因摩擦产生静电，液氢不导电所以无法像其他推进剂一样将电荷传给管路，而只能越积越多，放电时产生火花会引发爆炸，必须防止这一情况发生）。虽然要做好液氢环路及冷却保护系统的设计，并非是一蹴而就的事情，但相比一味地提高堆温还是简单了许多。另一方面，DARPA的介入也使整个项目的内部管理变得条理清晰。于是在调整了研究思路后，美国“核动力火箭”计划的前景终于柳暗花明。

1963年4月，痛定思痛的SNPO重新调整了NERVA的方案。新的NERVA采用了化学能与核动力混合的三级方案，即两个下面级干脆采用“拿来主义”。将正在研制中的土星C-5运载火箭相应部分完整地移植过来，第三级载荷则使用改良后的NERVA热能式核动力发动机进行大气层外的空间航行（以KIWI-B模拟堆为技术基础）。不过由于是工程样机，这个令人印象深刻的第三级重量将只有50吨，包括核反应堆在内的NERVA推进舱段更是仅有7米长，非常紧凑。不过到了1965年，由于SNPO将RIFT项目定位为未来火星载人登陆计划的验证工程，因此对核反应堆的功率提出了更高要求，KIWI-B的性能已经无法满足。于是在这一年的年底，SNPO决定抛开KIWI-B系列核反应堆的原有框架，为NERVA设计一颗更为强大的核动力心脏。先是经历了NRX-A2、Kiwi-TNT、NRX-A3等改进型模拟堆的稳步推进。而到了1966年2月，全新设计的Phoebus1-A模拟堆在起动2分钟后便达到了1100兆瓦的峰值（KIWI-B的极限是1000兆瓦），并随后以这种状态成功运行了110分钟。Phoebus1-A模拟堆的出色表现实际上预示着一个良好的开端，1967年2月23日，NERVA热能式核动力发动机项目迈出了实质性的一步。以新建造的Phoebus1-B为核心，配置完整的NERVA在500兆瓦功率状态下，首次以全状态模式，通过加热液氢产生了35吨的最大推力。此后，SNPO又不断推出了NRX-A6、XECF、Pewee-1等不同架构的大功率模拟堆，最后当集上述之大成的XE模拟堆成功实验了28次后，人们终于确信，从1940年起，冯·布劳恩就一直为人们描绘的“火星狂想曲”，已经的确有可能被奏鸣了。

1966年3月-12月进行试验的NRX-EST模拟堆

1969年，当全世界的目光都为阿姆斯特朗留在月球上的脚印所深深吸引，并为那句著名的“个人的一小步，人类的一大步”而激动不已时，却很少有人注意到，人类更大的一步正在坚定而有力地迈动。从1969年5月到1969年9月，NERVA连续进行了25次非常成功的试验，长时间的耐久性工作推力被稳定在25吨左右。就这样到了1969年年底，美国人已经掌握了核动力火箭的一切关键技术：液氢环路大功率涡轮泵；链式反应稳定装置；核反应堆停机及重启装置；用于喷管、燃烧室及阀门的耐高温材料；数控核反应堆功率控制调节装置；核反应堆过载保护及反辐射装置等。而这一系列关键技术的突破使人们意识到，“真正的星际推进装置已经出现”。事实上，如果按照“搭积木”的所谓模块式设计，将推力35吨的实用型NERVA核动力发动机与不同功能的任务舱装配在一起，一艘艘可在太阳系内航行的核动力飞船便赫然跃于纸上，同时得益于NERVA核动力发动机苗条的身材（相对而言），这样的核动力推进系统又能被控制在可用土星C-5火箭将之发射升空的最大重量限度内……不久，另一个更大的惊喜将人们的期盼推向了巅峰。1972年，SNOP骄傲地宣布：功率为5000兆瓦，耐久性工作推力达90吨的NERVA-2核动力发动机试验成功（XE反应堆）。于是人们开始认真考虑以载人登陆的方式征服火星的可能性。

Phoebus1-B核反应堆与液氢压力舱正在对接组装

包括液氢储存罐及尾喷口在内，以Phoebus1-B核反应堆为核心的NERVA热能式核动力发动机全貌（试验台架上的那个“大水罐”实际上就是按照火箭内部空间设计的保形液氢压力舱。理论上，其实热能式核动力推进系统与化学能推进系统并无本质区别，都是通过加热工质产生推力。只不过化学能火箭发动机的推进剂既是能源也是工质，它在燃烧室内进行放热反应，将化学能转化为热能，生成高温燃气，经喷管膨胀加速，将热能转化为气流动能，以高速从喷管排出，产生推力）

1968年2月-4月进行试验的XECF模拟堆

NERVA热能式核动力推进系统陆上模拟堆试验情况一览表

*1100兆瓦全功率状态，连续工作时间为60分钟