进入21世纪，多极化格局日益显现，核动力航天器发展呈现出新的特点，我们称之为新世纪，时间跨度约从21世纪初持续至今。美国和俄罗斯都不约而同地将目标瞄准兆瓦级以上核动力航天器的研发，应用则主要面向载人星际飞行。把卫星、宇宙飞船和空间探测器等宇航器件送入太空，均需要运载工具。运载工具可以是火箭，也可以是航天飞机。至今，世界上先后研制生产了20多个系列，一百多种型号的运载火箭。但是，能把载人飞船送入太空的运载火箭还不多。我国是世界上除了美国和俄罗斯之外，第三个拥有载人飞船运载火箭的国家。核动力火箭就是用核能作为动力，代替传统的化学能燃料的火箭，核动力火箭无论是在动力上还是续航力上都比传统的火箭有着无可比拟的优势，所以核动力火箭是未来的新方式。主要有以下几种核动力的火箭。

核热火箭

核热火箭是利用核燃料（铀-235或钚-239）裂变时产生的巨大热能，把推进剂（如氢、氦或氮）加热到极高温度（4000℃以上），以极高速度从火箭尾部喷出，推动火箭高速飞行。它的工作原理与化学火箭发动机类似，只是加热的能源不同。核热火箭发动机的比冲高，寿命长，但技术复杂。美国在1995年开始执行第一个核热火箭研究计划，产生高温等离子休（温度达70万度），从喷气口喷出，驱动火箭前进。国外核推进技术研究指出，采用核热火箭可大大缩短到达月球的时间，即使到达土星也只要花7年时间。

核电火箭

核电火箭是把核裂变或聚变能转换为电能，提供给火箭，使推进剂（如汞或氙）电离，加速成为等离子态推进剂，以高速排出，产生极大的推力。

光子火箭

人类幻想作星际考察和旅行，要实现星际航行关键在于运载工具的速度。要求以光速或接近光速的速度飞行，这无疑需要惊人的能量。以化学能作为动力，最高速度只有4000米/秒，这样的速度作星际旅行，则好像骑着毛驴车周游世界，在宇航员有限的生命期内是绝对不可能到达目的地的。光子火箭可达到300000000米/秒的光速。光子火箭就是利用正物质和反物质湮没产生光子。设想的光子火箭，最前面是宇航员座舱。中间是正粒子和反粒子贮存库。后面是巨大的凹面镜，当正粒子和反粒子被引到凹面镜的焦点处湮没，产生光子，释放出巨大能量，光子通过凹面镜反射出去，推动火箭前进。这种光子火箭自身重量不大，但推力十分巨大。

2000年，美国科学家斯蒂夫·哈威设想了一个反物质发动机，用这种反物质发动机，从地球飞往火星只需6个星期。

可行性：有可能，但最少要数十年之后。依靠核动力的太空飞行技术并不是只有核子脉冲推进器，还有其他的核能利用方式。比如，在火箭上安装一个裂变反应堆，利用裂变反应堆提供热量喷射气体，从而产生推动力。不过，这种核裂变动力火箭与核聚变动力火箭相比，仍有很大的差距。

在核聚变反应中，核子被迫进行聚合从而产生巨大的能量。大多数的聚变反应堆都是利用托卡马克装置将燃料限制在一个磁场之中来驱动聚变反应的。但是，托卡马克装置太重，并不适合用于火箭之上。因此，核聚变动力火箭必须要采用另一种触发聚变的方法，即惯性约束核聚变。这种设计以高能光束(通常是激光)来代替托卡马克装置中的磁常当聚变反应发生后，磁场再引导炽热离子喷向火箭尾部，实现核聚变火箭的推进力。

在21世纪，各个航天大国也有自己的核动力航天器的发展计划。

美国在新世纪提出了多个涉及空间核动力的计划或倡议，构成其核动力航天器发展的主要推动力。2002年2月，NASA发布了“核系统倡议”(NSI)，支持同位素和反应堆电源及推进系统的研发。JIMO是“普罗米修斯”工程的核心，也是这一时期核动力航天器的典型代表。JIMO主要用于探测木卫二和木星其他的卫星，任务实施分为5个主要阶段，在项目终止前，刚完成前两个阶段任务，即将进入初样设计。JIMO总重约21吨，展开状态下长58.4米、宽15.7米，收拢状态下长19.7米、宽4.57米，设计寿命20年。卫星能源来自一个550千瓦的核反应堆和一个2千瓦的太阳电池阵，使用8个30千瓦、比冲7000秒的离子发动机。下图给出了JIMO在轨效果图。

俄罗斯开展了核动力载人火星飞船的研究。飞船使用2个7.5兆瓦热功率的核反应堆，产生约2.25兆瓦的电功率；使用10～20个（含备份）离子推力器，单个推力约为7～9牛，总推力约为140～170牛，推进系统效率为60%，比冲1600秒。飞船搭载6名宇航员，任务时间约为2年，火星表面停留时间约为15天。该飞船采用了液滴辐射散热器。

核动力航天器是各航天大国的战略性选择。美国和前苏联（俄罗斯）作为两个超级大国，都大力发展了核动力航天器。随着空间核电源功率水平向兆瓦级迈进，核动力航天器的战略意义将越来越明显。无论是体现一个国家科技实力的深空探测，还是更具战略威慑的空间武器，都离不开核动力航天器。核动力航天器如同核动力航母和核动力潜艇一样，对一个国家具有重要的战略意义。作为崛起中的大国，我国有必要发展核动力航天器。

核动力航天器的需求出现两极分化，要平衡发展，不能有所偏废。一方面，太阳系及外太阳系小型探索任务需要百瓦级、长寿命的小功率的核电源和核推进；另一方面，空间武器、载人火星探测等任务需要兆瓦级及以上的大功率核电源和核推进。为了保证不同任务的需求，基于空间核反应堆的大功率空间核技术和基于同位素的小功率空间核技术均应予以支持，统筹发展，不能有所偏废。重视核安全。前苏联造成的空间核事故提醒我们，在发展核动力航天器时必须要注意核安全。为此，我们有必要提前启动空间核安全技术的研究。