NERVA 引擎的設計對於其推力和比沖量有著重要影響，其核心原理在於利用核熱反應提供推進力。以下是 NERVA 引擎設計特徵如何影響推力和比沖量，以及對未來太空任務的潛在意義的分析：

### 推力與比沖量的影響

1. **反應爐設計**：
   NERVA 引擎基於 KIWI-B4 引擎的設計，採用了高效能的核反應爐來加熱運行中的液氫燃料。這種設計使得引擎能夠產生極高的熱能，從而推進能力顯著增強，推力高達 75,000 磅。

2. **比沖量**：
   NERVA 引擎的比沖量達到 825 秒，這是傳統化學火箭的兩倍。比沖量指的是每單位推進劑所能產生的推力，較高的比沖量意味著在相同質量的推進劑下，NERVA 引擎可以比傳統火箭飛得更遠、飛行時間更長，這對於深空探索至關重要。

3. **使用液氫**：
   作為NERVA的推進劑，液氫與核反應爐結合的運用有效提升了熱能轉換效率，並且在太空中提供了優越的藉用性，這使得引擎在進行長時間的推進時更具可行性。

### 對未來太空任務的潛在意義

1. **深空探索**：
   NERVA 引擎的技術為未來深空探索任務提供了極具潛力的推進方案。比沖量的提高能使得殖民火星等高難度任務變得可行，縮短人類到達目的地的時間，提升任務的安全性與效率。

2. **載人任務**：
   對於載人任務而言，NERVA 提供的推進系統能大幅減少航行時間，降低宇航員在太空中面臨的輻射風險與生理影響，從而提升整體任務的可行性。

3. **靈活性和機動性**：
   隨著引擎技術的進步，未來的太空任務將會有更高的靈活性。我們可以透過 NERVA 引擎的可重啟特性，在太空中進行不同推進需求的調整，使得任務能更有效地應對突發狀況或變更路徑。

總結來說，NERVA 引擎的設計不僅顯著提升了推力與比沖量，還為未來的太空任務，尤其是對於深空探索和載人任務的實現，提供了關鍵的技術基礎。這一技術若能再次得到重視與發展，將為人類的太空探索開啟新的篇章。
NERVA 引擎的設計如何影響它的推力和比沖量，這對於未來的太空任務有何潛在意義？
**NERVA**（**N**uclear **E**ngine for **R**ocket **V**ehicle **A**pplication，火箭飛行器用核引擎）是美國原子能委員會 (Atomic Energy Commission, 簡稱 AEC) 和 NASA 旗下的項目，由航天核推進局 (Space Nuclear Propulsion Office，簡稱 SNPO) 領導。整個項目於 1972 年終止，SNPO 也於同年解散。

NERVA 計劃論證了核熱力火箭可以成為太空探索的一項可現實可靠的工具。在 1968 年底，SNPO 測試完成最新型號的 NERVA 引擎 ——NRX/XE 後，認為 NERVA 可以用於載人火星任務。儘管 NERVA 引擎在測試後已經被認可可以勝任飛行任務，而且引擎也正準備整合入宇航器中，但在最終飛往火星的夢想實現前，NERVA 隨同其他耗資巨大的太空任務被尼克森政府取消。

NERVA 曾被 AEC，SNPO 和 NASA 寄予厚望，而實際上，整個項目的成就也達到甚至超過它原先的目標。NERVA 最主要的任務是「為太空任務提供核動力推進系統的科技基礎」。

## 歷史

洛斯阿拉莫斯實驗室於 1952 年開始研發核動力火箭。1955 年，勞倫斯 - 利弗莫國家實驗室的副主任找到了一種方法得以大幅度減輕反應爐重量使得項目提速，之後該項目開始被稱之為「流浪狗計劃」。到 1961 年，由於「流浪狗計劃」的飛速進度，NASA 的馬歇爾太空飛行中心開始考慮在他們的太空任務中使用核動力火箭。馬歇爾太空飛行中心計劃最早在 1964 年使用來自於洛斯阿拉莫斯實驗室研發的核動力火箭將核動力空間試驗機（RIFT：Reactor-In-Flight-Test ）發射升空。由於來自於此類太空任務的計劃與需求，一個被稱為「航天核推進局」（Space Nuclear Propulsion Office）的機構成立了。SNPO 的建立使得 AEC 和 NASA 得以協同工作。由 H. B. "Harry" Finger 擔任 SNPO 的第一屆主任。Finger 上任後做出了推遲發射 RIFT 的決定，並給核動力火箭引擎制定了十分嚴格精確的目標，在此之後 RIFT 才會被允許發射。

Finger 緊接著挑選了 Aerojet 公司和 Westinghouse 公司參與研發 NERVA 引擎。與此同時，NERVA 也會得到來自洛斯阿拉莫斯實驗室的科技支持。經過考慮，SNPO 選擇了比沖 825 秒，推力 75，000 磅的 KIWI-B4 核動力火箭設計（Kiwi—— 鷸鴕，一種產自紐西蘭的無翼鳥。）作為 52 英尺（從推力結構到噴嘴高 22 英尺）NERVA NRX（核動力火箭實驗：Nuclear Rocket Experimental）的藍本。流浪狗計劃的第二階段被稱為 Phoebus（太陽神），而第三階段則是熟知的 Pewee（京燕），有著更大的功率（4000 MW）、更高的功率密度和更長效的燃料。但這些工程都沒有成為最終的 NERVA。最終可工作的 NERVA（被稱為 NERVA NRX）是基於 KIWI 的設計。而當 Pewee 引擎開始測試時，阿波羅計劃遭到了尼克森政府大幅度的預算裁減。於是，將人類送上月球和火星計劃被無限期推遲。

NERVA 的研發、設計和建造幾乎全部是在洛斯阿拉莫斯實驗室完成的。測試則是在位於內華達測試基地由 SNPO 特別建造的一座大型設施內進行的。儘管洛斯阿拉莫斯在 60 年代測試了一系列的 KIWI 和 Phoebus 引擎，但直到 1966 年 2 月，NASA 的 NERVA NPX/EST (Engine System Test: 引擎系統測試) 並沒有進行。整個測試的目標是：

1. 論證在無外部能源的情況下啟動和重啟引擎的可行性
2. 評估啟動、關機、冷卻以及重啟情況下控制系統的特性（穩定和控制模式）。
3. 研究系統在過載運行下的穩定性。
4. 研究引擎部件，尤其是反應爐在多次穩定和瞬間重啟下的耐用性。

所有的測試都成功完成了，而且第一台 NERVA NRX 連續運行了將近 2 個小時，包括 28 分鐘的全推力運行。這幾乎是之前的 KIWI 反應爐運行時間的兩倍。

第二台 NERVA 引擎 ——NERVA XE 被設計用來儘可能的成為一個完整的飛行系統，甚至包括使用飛行測試渦輪泵。
為了節省時間和金錢，一些不會影響系統性能的組件會被有選擇的拆卸下來。與此同時，一面輻射防護盾會被添加，用來保護外部的組件。引擎將會經受從低壓環境到真空室的點火和部分模擬點火實驗。

NERVA NRX/EST 的測試項目包括以下內容：

1. 評估引擎系統運行穩定性。
2. 表面在發展飛行用引擎中沒有任何技術障礙。
3. 評估完整的引擎自動啟動系統。

目標也包括測試位於 Jackass Flats 用於飛行引擎質檢和許可的新設施。引擎總共運行了 115 分鐘，包括 28 次啟動。NASA 和 SNPO 認為「測試表明核動力火箭適合太空飛行任務，而且比衝量是傳統化學火箭的兩倍。」 引擎的表現證明了它可以勝任 NASA 正在計劃中的火星任務。而測試設施也表面了其可以用於火箭引擎的飛行質檢和許可。

流浪狗 / NERVA 項目累計了 17 小時的運行時間包括 6 小時 2000K 以上的運行。儘管引擎、渦輪和液氫儲存罐沒有整合在一起，但 NASA 依舊決定製造可以工作的 NERVA 太空飛行器。但這充滿危機的火星任務因預算問題在國會造成了一些小麻煩。支持太空計劃的新墨西哥州議員 Clinton P. Anderson 得了重病，而另一位有利的支持者 Lyndon B. Johnson 已經開始動搖而且決定不再擔任第二任期的職務。NASA 的 1969 年預算遭到了國會的削減，之後的尼克森政府不僅大幅削減了 1970 年的預算，也關閉了土星火箭的生產線並取消了阿波羅 17 號後的阿波羅任務。在失去用於將 NERVA 發射入軌的土星 S-N 火箭後，洛斯阿拉莫斯用 Pewee 和核反應爐繼續將流浪狗計劃進行了幾年，最終於 1972 年徹底終止。

測試中最嚴重的一次人員傷害事故是一次液氫爆炸。造成兩位工作人員的腳和鼓膜受傷。而在 1959 年的一次測試中，液氫被意外地使用殆盡，造成核心過熱後爆炸。為了防止輻射等意外，工作人員在等待了三周後才外出收集四散在內華達沙漠裡的碎片。

## 參考文獻

## 外部連結

* NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application)（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 資料
* Nerva
* Nerva NTR
* Nerva 2
* NERVA 1mlbf
**NERVA**（**N**uclear **E**ngine for **R**ocket **V**ehicle **A**pplication，火箭飛行器用核引擎）是美國原子能委員會 (Atomic Energy Commission, 簡稱 AEC) 和 NASA 旗下的項目，由航天核推進局 (Space Nuclear Propulsion Office，簡稱 SNPO) 領導。整個項目於 1972 年終止，SNPO 也於同年解散。

NERVA 計劃論證了核熱力火箭可以成為太空探索的一項可現實可靠的工具。在 1968 年底，SNPO 測試完成最新型號的 NERVA 引擎 ——NRX/XE 後，認為 NERVA 可以用於載人火星任務。儘管 NERVA 引擎在測試後已經被認可可以勝任飛行任務，而且引擎也正準備整合入宇航器中，但在最終飛往火星的夢想實現前，NERVA 隨同其他耗資巨大的太空任務被尼克森政府取消。

NERVA 曾被 AEC，SNPO 和 NASA 寄予厚望，而實際上，整個項目的成就也達到甚至超過它原先的目標。NERVA 最主要的任務是「為太空任務提供核動力推進系統的科技基礎」。 ## 科幻設定的細節

* 脈衝引擎的原理一說是透過核融合反應提供能量，然後透過牛頓力學的衝量原理，將高溫、高壓的反應後廢氣往後方排出，使船艦有著向前的動量。在聯邦星艦上常加上子空間線圈的配合，減少船艦質量來提高推進的效率。
* 相似地，《銀河飛龍技術手冊》則指出脈衝引擎是核融合引擎，其中融合反應器產生出來的電漿透過一巨大的磁線圈來推動船艦。形式上屬於一種磁性電漿動力推進器（Magnetoplasmadynamic thruster）。使用上配合曲速引擎來改變船艦的相對論性質量，以達到中至高的次光速速度。另一方面，推進器（thruster）則接近高效率的化學反應火箭，用在需要高精準度的機動動作。
* 相似於脈衝引擎的離子推進引擎則是自治聯盟（Dominion）與艾肯尼亞人（Iconian）的星艦配備。
* 設計與使用衝量引擎有幾項考量：加速度以及相對論性的時間展長。在影集與電影設定中，慣性阻尼器補償了過大加速度與過大的 G 力（根據等效原理），以免船艦上的人員生命堪虞。時間展長的問題則限制住最高航行速度能達到光速的多少分率。
* 既然船艦以脈衝速度（次光速，雖然接近光速）航行，則船艦仍在正常時空連續體中，時間展長依舊適用。因此高相對論性速度通常會避免採用，除非事出緊急；通常上限為 1/4 光速。（相對地，曲速航行則不受時間展長 (時間膨脹) 效應影響。） **衝量引擎**（英文：**Impulse drive** 或 **impulse engine**），出現在科幻影視作品《星艦迷航記》中，做為太空船艦如聯邦星艦的一項推進工具。使用這項推進裝置僅能達到次光速（亞光速，< 1 c）的航行速度。星際艦隊學院官校生利用衝量引擎在地球與土星間往返作為練習。 **射頻共振空腔推進器**（英語：RF resonant cavity thruster），或稱**相對性推進器**，是一種尚具爭議性的新型態推進裝置，最常見的稱呼為「電磁推進器」（EmDrive、電磁驅動引擎），由英國航空太空工程師 Roger Shawyer 發明，他在 2000 年創建 Satellite Propulsion Research 。這種技術可以用來促進交通工具革命，包括地面交通，海洋交通，航空和太空載具。

至 2016 年底，相對性推進器研究已經逐漸進入主流科學界實驗如 NASA，但批評家認為相對性推進器違反動量守恆。一些科學家及美國太空總署林頓・詹森太空中心鷹工廠（Eagleworks）實驗室，德國德勒斯登工業大學、西北工業大學已經完成原型設計。目前有一些實驗觀察到相對性推進器產生小型推力，但也受到其他科學家懷疑。之後對於相對性推進器的研究仍進行中，至今從未獲得令人信服的物理原理或實驗結果。

## 概念主張

科學家 Roger Shawyer 提出在椎體內發射微波，微波在密閉空間內反復地反彈，進而產生的輻射壓推動椎體前進。

射頻共振空腔推進器原理有幾種可能：

* 量子真空憑空產生的虛粒子推動射頻共振空腔推進器
* 通過改變射頻共振空腔推進器前後的時空來產生推進力
* 微波存在更高維度，射頻共振空腔推進器內部在高維空間前進
* 馬赫效應（Mach effect）：詹姆斯・伍德瓦德於 1990 年提出，即在加速物體所受的力中，有一部分力不會產生動能，而是轉化為勢能儲存在物體中，使物體的靜止質量出現波動，從而產生實驗中觀察到的推力。