2021年10月25日，在阿聯(lián)酋迪拜第72屆國際宇航大會上，俄羅斯國家航天集團(tuán)首次在海外展示“宙斯”核動力太空拖船。這種太空拖船旨在增強(qiáng)航天器的變軌機(jī)動和宇宙航行能力,未來將成為空間站之間主要接駁載具，還可應(yīng)用于深空探測，執(zhí)行對木星等深度空間復(fù)雜軍事和科學(xué)任務(wù)。俄羅斯計劃于2030年進(jìn)行“宙斯”國家飛行測試并將部署到高度為800千米的軌道。

隨著人類利用太空的不斷發(fā)展，研發(fā)可以長期在太空飛行且續(xù)航能力強(qiáng)的推進(jìn)裝置始終是各國所不懈追求的目標(biāo)。自從冷戰(zhàn)結(jié)束以來，俄羅斯太空技術(shù)發(fā)展較為緩慢，核動力太空拖船將是俄羅斯實(shí)現(xiàn)太空復(fù)興戰(zhàn)略唯一真正的機(jī)會。（一）發(fā)展歷程20世紀(jì)60年代初，蘇聯(lián)航天核計劃的第一批科學(xué)家凱爾迪什、科羅廖夫和庫爾恰托夫院士提出了將核反應(yīng)堆與火箭電動發(fā)動機(jī)相結(jié)合的構(gòu)想。自1970年代以來，科羅廖夫能源火箭航天集團(tuán)一直致力于制造軌道間太空拖船的核動力裝置研發(fā)；1970年到1988年蘇聯(lián)先后將32架熱電核動力航天器送入不同軌道；20世紀(jì)90年代末俄羅斯航天集團(tuán)凱爾迪什研發(fā)中心在莫斯科“射線”科學(xué)生產(chǎn)聯(lián)合公司的參與下重新啟動空間核反應(yīng)堆運(yùn)輸動力模塊計劃。2012年，在超級計算機(jī)上完成整個太空拖船系統(tǒng)建模和技術(shù)設(shè)計；2018年10月，凱爾迪什研發(fā)中心對核動力發(fā)動機(jī)裝置的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了地面測試；2019年，俄航天集團(tuán)測試運(yùn)輸動力模塊組件并在莫斯科國際航空航天展上首次展示“太空拖船”模型。2020年9月3日，俄羅斯軍火庫設(shè)計局開始組裝核動力拖船；在“軍隊-2020”論壇，俄公開其在太空工作三維圖；作為太空拖船項目重要部分，2030年將在東方航天發(fā)射場建成并投入使用一個技術(shù)系統(tǒng)。在過去10年中，“宙斯”核動力太空拖船一直是俄羅斯太空計劃中優(yōu)先研發(fā)項目。

（二）系統(tǒng)組成和技術(shù)性能“宙斯”太空拖船是目前世界上獨(dú)有的空間項目，本質(zhì)是為有效載荷提供能量供給的“核電站”。核太空拖船主要特點(diǎn)是模塊化設(shè)計并可自行負(fù)載供電。從結(jié)構(gòu)上講，“宙斯”是具有開放式體系結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸動力模塊。由高溫核反應(yīng)堆、電噴氣發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)組、儀表設(shè)備艙、滴水冷卻器桁架、備用太陽能電池、滴水冷卻器、滴水輻射器發(fā)電機(jī)、伸縮桁架、輻射保護(hù)裝置等主要裝置共同構(gòu)成核動力太空拖船8大系統(tǒng)：核反應(yīng)堆系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、等離子體電火箭推進(jìn)系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、輻射保護(hù)系統(tǒng)、拖船平臺系統(tǒng)。運(yùn)輸能源模塊的最高設(shè)計壽命為10～12年。

表1 “宙斯”主要技術(shù)性能

（三）工作原理“宙斯”核動力拖船的工作原理為電力推進(jìn)系統(tǒng)加熱和加速電離氣體，通過形成產(chǎn)生推力的射流來形成推力，因此也被稱為離子或等離子體發(fā)動機(jī)，具有極高的燃油效率，并且具有獨(dú)特的比沖，從而簡化了飛往月球或火星的飛行。核反應(yīng)堆位于飛船艏部，通過反應(yīng)堆容量為32～35千瓦的ID-500離子推進(jìn)發(fā)動機(jī)和機(jī)動發(fā)動機(jī)工作加熱到1600攝氏度溫度并產(chǎn)生熱量,借助循環(huán)運(yùn)行的布萊頓渦輪機(jī)啟動發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

電能在4個直徑為450毫米的大功率離子推力器中產(chǎn)生等離子體，從而使整個結(jié)構(gòu)緩慢而長時間地加速,實(shí)現(xiàn)長時間從兆瓦級核反應(yīng)堆自主產(chǎn)生能量，以及具有運(yùn)輸各種有效載荷的能力。反應(yīng)堆將通過滴水式冷卻器-輻射器進(jìn)行冷卻排熱。

采用化學(xué)能的航天器的重要缺陷是續(xù)航時間短，攜帶燃料和有效載荷有限。相比較而言，采用核動力能源模塊的航天器能獲得的能量密度大，續(xù)航能力長，在太空運(yùn)輸、深空探測領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在軍事領(lǐng)域蘊(yùn)藏著巨大潛力。（一）太空運(yùn)輸“宙斯”太空拖船核反應(yīng)堆模塊功率將提升至500千瓦，不但能滿足太空拖船在地球軌道與空間站之間的運(yùn)行，還能助力月球基地建設(shè)，更有望執(zhí)行深空探測任務(wù)。“宙斯”核動力拖船可以實(shí)現(xiàn)登月艙部署、貨物軌道運(yùn)輸以及部署太空核電站所需能源等任務(wù)。（二）深空探測“宙斯”太空拖船的核心技術(shù)在于推進(jìn)動力裝置，其本質(zhì)是太空“核電站”。采用化學(xué)推進(jìn)器的運(yùn)載火箭其本身所產(chǎn)生的推力不足以支持深空發(fā)展。由于“宙斯”兆瓦級核動力裝置，太空拖船可實(shí)現(xiàn)從低地球軌道到近地軌道200天內(nèi)運(yùn)載10噸有效載荷，并可用作軌道站或著陸艙電源。“宙斯”不僅為航天器推進(jìn)系統(tǒng)提供動力，還可為月球、火星、金星和小行星帶的深空探測提供動力。

（三）軍事應(yīng)用“宙斯”核太空拖船可長期在軌，具有天基持續(xù)監(jiān)視能力，可為大型航天器的監(jiān)視雷達(dá)和反衛(wèi)星激光器提供持續(xù)動力，可有效解決預(yù)警探測和為導(dǎo)彈武器提供可靠目標(biāo)指示問題。根據(jù)雷達(dá)的功率，“宙斯”可在2200~4300千米高度獲取從飛機(jī)到洲際彈道導(dǎo)彈所有空天飛行目標(biāo)的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，成為空天防御梯次防空系統(tǒng)的組成部分。也可太空拖船平臺上部署激光和電磁武器，也可作為空天全域太空作戰(zhàn)指控平臺，在空天作戰(zhàn)方面具有較大的潛在能力。

“宙斯”核動力拖船是目前俄羅斯優(yōu)先發(fā)展的太空項目，在技術(shù)發(fā)展上具有獨(dú)到的創(chuàng)新性，飛行測試前仍需解決大量科學(xué)、技術(shù)和工藝問題。“宙斯”計劃的發(fā)展，必將有力推進(jìn)2020年3月簽署的中俄月球基地建設(shè)計劃和人類對太空的進(jìn)一步探索。