空間核熱推進技術是指利用反應堆堆芯的熱量直接加熱輸送到反應堆內的推進劑(一般是氫氣)，再使之從噴嘴膨脹噴出，從而產生推力推動航天器的技術。美國和俄羅斯上個世紀都曾對空間核熱推進技術開展大規模的研究開發，取得了巨大的技術成果，達到了較高的技術成熟度。

　　美國上世紀90年代以來開展空間核技術實驗研究的規模較小，力度較弱。最近，在包括核熱推進在內的多種先進推進系統開發上，美國都加大了力度。目前，美國航空航天局(NASA)和能源部(DOE)的多家實驗室正著手開展核熱火箭(NTR)及相關部件的實體試驗，近期工作的重點將是為設想中的2020年左右開展可縮放核熱火箭地面試驗與飛行試驗做準備。再下一步的目標則是開發一種核火箭發動機，用于載人小行星探索以及最終的載人火星探索。

　　著力開展五項工作推動核熱推進技術開發

　　美國在核熱推進領域具備廣泛的歷史試驗基礎。目前，適于載人用途的現代NTR的開發工作屬于NASA2011財年預算“先進太空推進”下的“探索技術開發與示范計劃”。為了啟動研究，NASA將把重點放在五項任務上，為地面技術示范做準備。

　　第一項任務是概念建設。NASA將根據NTR的當前狀況，確定除了目前規劃的工作外，還需開展哪些工作才能把技術推動到可接受的水平上。該項工作將成為實體試驗的指導原則，并確定試驗活動的優先排序，從而將開展研究的回報最大化。其關注的是如何把一個可地面測試的NTR放大(或縮小)成為可以飛行測試并用于載人任務的NTR。

　　第二項任務將是對現代NTR使用的堆內材料開展詳細的評價。NASA將在上世紀70年代開展的廣泛研究的基礎上開發一種新的燃料制造系統并完成大量試驗以選擇最終燃料形式。目前競爭的兩種燃料是1970年代為NTR開發的NERVA石墨燃料以及一種晚近開發的鎢金屬陶瓷燃料。這兩種燃料都包含鈾，能承受2500K以上的溫度以及發射時的應力。為了理解燃料在各種條件下的行為，NASA正在馬歇爾空間飛行中心建造試驗設施“NTR元件環境模擬器”，從而為燃料開發提供至關重要的非核試驗。

　　第三項任務是對可地面測試的NTR開展核與熱流體方面的概念分析。這項分析能夠得出用來設計和建造NTR的計算機模型，還能在實體原型裝置建成以前發現和糾正絕大部分的概念問題，從而大幅度地節省經費。這一領域針對現代NTR的許多工作已經完成，計算機代碼涵蓋的范圍和可用的專業經驗都很廣泛。

　　空間核熱推進技術是指利用反應堆堆芯的熱量直接加熱輸送到反應堆內的推進劑(一般是氫氣)，再使之從噴嘴膨脹噴出，從而產生推力推動航天器的技術。美國和俄羅斯上個世紀都曾對空間核熱推進技術開展大規模的研究開發，取得了巨大的技術成果，達到了較高的技術成熟度。

　　美國上世紀90年代以來開展空間核技術實驗研究的規模較小，力度較弱。最近，在包括核熱推進在內的多種先進推進系統開發上，美國都加大了力度。目前，美國航空航天局(NASA)和能源部(DOE)的多家實驗室正著手開展核熱火箭(NTR)及相關部件的實體試驗，近期工作的重點將是為設想中的2020年左右開展可縮放核熱火箭地面試驗與飛行試驗做準備。再下一步的目標則是開發一種核火箭發動機，用于載人小行星探索以及最終的載人火星探索。

　　著力開展五項工作推動核熱推進技術開發

　　美國在核熱推進領域具備廣泛的歷史試驗基礎。目前，適于載人用途的現代NTR的開發工作屬于NASA2011財年預算“先進太空推進”下的“探索技術開發與示范計劃”。為了啟動研究，NASA將把重點放在五項任務上，為地面技術示范做準備。

　　第一項任務是概念建設。NASA將根據NTR的當前狀況，確定除了目前規劃的工作外，還需開展哪些工作才能把技術推動到可接受的水平上。該項工作將成為實體試驗的指導原則，并確定試驗活動的優先排序，從而將開展研究的回報最大化。其關注的是如何把一個可地面測試的NTR放大(或縮小)成為可以飛行測試并用于載人任務的NTR。

　　第二項任務將是對現代NTR使用的堆內材料開展詳細的評價。NASA將在上世紀70年代開展的廣泛研究的基礎上開發一種新的燃料制造系統并完成大量試驗以選擇最終燃料形式。目前競爭的兩種燃料是1970年代為NTR開發的NERVA石墨燃料以及一種晚近開發的鎢金屬陶瓷燃料。這兩種燃料都包含鈾，能承受2500K以上的溫度以及發射時的應力。為了理解燃料在各種條件下的行為，NASA正在馬歇爾空間飛行中心建造試驗設施“NTR元件環境模擬器”，從而為燃料開發提供至關重要的非核試驗。

　　第三項任務是對可地面測試的NTR開展核與熱流體方面的概念分析。這項分析能夠得出用來設計和建造NTR的計算機模型，還能在實體原型裝置建成以前發現和糾正絕大部分的概念問題，從而大幅度地節省經費。這一領域針對現代NTR的許多工作已經完成，計算機代碼涵蓋的范圍和可用的專業經驗都很廣泛。

　　第四項任務將是開發NTR試驗設施。該設施將采用“地表以下主動過濾排氣”(SAFE)方案。該方案將利用內華達試驗場的地下鉆井，與上世紀70年代的開放空氣試驗方法不同，將把NTR的排氣噴到地下鉆井中。由于反應堆運行時間短，放射性裂變產物數量已經很低，但SAFE方案還將對冷卻劑流體中產生和釋放的放射性產物給予更有力的控制。為啟動SAFE試驗設施開發，NASA將在鉆井開展熱氣注入試驗，以達到沖積層(多孔巖石)滯留和過濾放射性材料的效果。

　　最后一項任務是制定在地面試驗和飛行試驗完成后NTR開發的概念計劃。該計劃的目的是保持NTR的技術水平，從而使系統在多年后保持可用。

　　啟動“核低溫推進級項目”評價核推進技術可行性

　　NASA2011年10月啟動為期3年的“核低溫推進級項目”(NCPS)。該項目是在核熱火箭元件環境模擬器(NTREES)上開展非核試驗，目標是評價核熱推進技術的經濟可承受性和技術可行性。其設想了“核低溫上面級”的液態氫推進劑在發射時被冷卻到超低溫，并在航天器到達安全軌道后才啟動，推動航天器飛往遙遠目的地。

　　該項目由一個約50人的大型團隊開展，并有小額的硬件采購與實驗費用。該項目主要內容包括：NCPS預概念設計與架構整合；開發大功率(～1MW)核熱火箭元件環境模擬器(NTREES)；NCPS燃料設計與試驗；在NTREES上開展NCPS燃料試驗；經濟可承受NCPS的開發與鑒定策略以及第二代NCPS概念。NASA認為，NCPS項目取得的進展將推動核熱推進與核電推進技術的發展。

　　NCPS預概念設計與架構整合

　　NCPS將與空間發射系統(SLS)相整合，并調動目前正為SLS開發的技術和配置。NCPS設計的重點將是，確保最大程度地有利于載人火星任務，盡管該技術將具備大量其他用途。NCPS的兩種主要候選燃料是鎢合金陶瓷和復合材料燃料，二者都有廣泛的開發歷史。

　　開發大功率核熱火箭元件環境模擬器

　　NCPS的主要風險是穩定燃料形式的開發。燃料在熱氣體環境中的質量損失對燃料的壽期與性能具有很大限制。因此，1MW核熱火箭元件環境模擬器(NTREES)試驗室的建成是NCPS的主要里程碑項目。NTREES設施還包括一個電弧加熱器和一個緊湊熱氫氣試驗室，其目的是開展核熱火箭燃料元件和燃料材料的真實環境非核試驗。1MWNTREES試驗室在全面運行后，就能對燃料元件和材料展開試驗，流動氫氣壓力可達1000psi，溫度能超過3000K，通道功率密度接近原型堆。

　　NTREES設施已獲得對含有貧化鈾的燃料進行試驗的許可證。設施安裝的一套高溫計用于測量燃料溫度曲線，一臺質譜儀用于評價燃料性能并評估試驗期間燃料元件的潛在材料損失。NTREES的推進劑來自于設施外部的貯氣拖車，能實現任何時間長度的連續、不間斷試驗。NTREES設施還包括電弧加熱器，能讓溫度高達3160K的氫氣流經材料或燃料樣品約達30分鐘，這對預先檢查材料樣品特別有用。另外，還有一個能夠開展高溫燃料樣品試驗的緊湊試驗室。

　　該項目還將對NTREES內的能量沉積與熱傳輸過程以及對材料力學和流體/材料相互作用產生詳細理解，從而更好地改進未來試驗條件，獲得盡可能多的信息，以便精確地將非核試驗的數據外推到真實反應堆條件下。

　　NCPS燃料設計/制造

　　早期的燃料材料開發對未來探索計劃的需求核實以及技術、費用、進度風險最小化來說至關重要。NASA和DOE已經聯合開展了多個核電源與推進技術項目，而這一合作將在NCPS項目繼續下去。

　　這部分的工作重點是鎢金屬陶瓷和復合材料燃料。現代制造技術(熱等靜壓和脈沖電流)將被用來示范良好潛在性能金屬陶瓷元件的制造。復合材料燃料元件制造的重點是包覆材料，以防止燃料在高溫流動氫氣環境下的損失，并使可允許的運行溫度達到最高。其他ROVER/NERVA計劃期間開發和試驗的燃料也將得到評估，包括碳化物燃料和含小球的石墨燃料。

　　NCPS燃料在NTREES中試驗

　　NTREES試驗的范圍從燃料樣品試驗(利用小試驗室)到接近原型的燃料元件試驗。試驗的主要目的是論證燃料性能的充分性，提高在核試驗以前對燃料系統設計的信心(如材料、包覆和幾何)。

　　經濟可承受NCPS開發與鑒定策略

　　這部分工作的重點是確保NCPS整體的經濟可承受性。NCPS的開發和鑒定試驗是潛在的成本動因，需要強調的潛在策略至少有兩個。第一是利用內華達試驗場現有的鉆井對核熱火箭發動機開展靈活的和經濟可承受的試驗。第二是利用高度儀表化的示范飛行，包括對NCPS發動機進行大量運行后檢查的可能性。這兩種策略都有顯著降低費用的前景。

　　第二代NCPS概念

　　項目組將設計并評估潛在第二代NCPS概念。現代材料和制造技術將使NCPS比沖超過1000s(第一代為900s以上)，并有較高的推力-重量比。采用變革性的全新設計方法還將得到更高的性能指標。這項任務下開展的工作將設計新概念，并考慮近期材料和技術方面的進展，對現有概念進行再評估。這部分工作還將探索利用裂變系統獨特屬性的新方法，這類方法包括直接利用太空中的揮發性物質作為NTP推進級，這項任務還將納入極高性能雙模式核熱與核電推進(BNTEP)的系統概念。