李司宇 霍红磊

摘   要：核热火箭是人类执行火星计划以及其后任务可行且有效的推进方法。在美国和前苏联开展了一系列核热火箭研发计划，并且进行了相关的核热火箭燃料的测试。其中的一些计划还达到了发动机地面试验的程度，技术成熟度达到6级，这些计划进行了多种燃料形式的开发，包括石墨基体燃料及复合燃料，CERMET燃料，颗粒状燃料，混合碳化物燃料等。核热火箭的性能是直接与材料性能和核燃料有关的。未来，工程师们可以参照以前的设计，创造出效率更高，性能更好的推进系统。本文报告归纳总结了迄今为止，美国和前苏联的核热火箭燃料种类、燃料元件形式及优缺点，以期对今后国内选用堆内燃料形式提供参考。

关键词：核热火箭  六棱柱状  颗粒状  扭条状  珠状  球状  线状

中图分类号：TL351                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（a）-0122-05

Abstract： Nuclear Thermal reactor is a viable and effective way to implement the Mars program and its subsequent missions. The United State and the former Soviet Union carried a series of development plans and conducted tests on related nuclear heat propellant fuels. These plans have been developed in a variety of fuel forms including： graphite matrix fuels and composite fuels， CERMET fuels， particle fuels， mixed carbide fuels， and so on. The performance of a nuclear thermal rocket is directly dependent on the material properties and create more efficient and higher performing systems for the future. This report summarizes the development efforts to date on NTP fuels and fuel forms both by the U.S. and former Soviet Union，and helps engineers to more specifically select the form of fuel elements in the reactor.

Key Words： Nuclear Thermal reactor; Hexagonal prismatic; Particles; Twisted-ribbon;Beads; Spheres; Wires

1  引言

核热火箭是利用核能将工质加热到很高的温度，然后通过收缩扩张喷管将工质加速到超音速，从而产生推进动力的先进推进系统。核热火箭推力大、比冲高、工作时间长，能够降低近地轨道的初始质量（IMLEO）和增大载荷质量份额，在载人深空探测、大型星际货物运输等方面有广阔的应用前景。在美国航空航天局（NASA）最新发布的火星参考任务文件5.0中，核热火箭再次被选为载人探索火星的推进动力[1]。经分析，把化学推进改为核热火箭后可将IMLEO由1250t降低至800 t左右[1]，从而大大降低了发射成本。

2  核热火箭燃料的要求及分类