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人类最熟悉的宇宙发动机应当是火箭发动机，不过这种发动机的缺点是明显的，化学燃料占据的体积和重量太大而推力太小，效率有限。科学家们觉得这种发动机太落后，所以想出了各种更先进的发动机。核动力发动机就是其一。
一、核裂变发动机
核动力是相当可行的一种方案。人类完全可以在10年内制造出核裂变动力火箭。如果采用核聚变的方式，则需要在受控核巨变方面取得进一步进展。核聚变动力火箭将比现在的化学动力火箭轻得多，即使使用比较慢的核能利用方式，也要比现代的化学动力火箭快一倍，它可以在3年内抵达土星，而不是现在的7年。由于燃料能持续更久，到达土星后还能有足够的能量继续旅行15年。而且，还有一种更直接的对核能的利用方式，可以获得强大的推动力将巨大的重物送往其他行星，那需要一种非常疯狂的方式。
对于核动力的利用方式有三种：
1．利用核反应堆的热能；
2．直接利用来自反应堆的高能粒子；
3．利用核弹爆炸。
利用反应堆的热量是最简单也是最明显的方式，核动力航空母舰和核潜艇都是利用核裂变反应堆的动力来推动螺旋桨。不过，太空没有水或者空气这种介质，不能采用螺旋桨而必须利用喷气的方式。但方法仍很简单，反应堆中核子的裂变或者聚变产生大量热能，我们将推进剂(很可能采用液态氢)注入，推进剂会受热迅速膨胀，然后从发动机尾部高速喷出，产生推力。
利用反应堆的热量这种办法虽然节省了燃料，但必须携带许多液体推进剂，获得的好处没剩多少。由于核反应的时候能够产生许多高能粒子，所以第二种方式就是直接利用来自反应堆的粒子，从而不必携带推进剂。
这些高能粒子移动速度非常快，我们当初用反应堆加热推进剂就是为了让推进剂的热运动速度增大从而获得推力，而这里我们已经有了这样的高速运动物质。而且这些高能粒子是离子态的，从而可以使用磁场来控制它们的喷射方向。
不过，这种发动机可不像前面介绍的那些那么容易制造，而且可能非常昂贵，有可能需要一个很大很重的反应装置，或者—个利用多阶段反应(后一个阶段利用前一阶段产物)的小一些的反应装置。
第三种方式是一个大胆而疯狂的方式，不再是利用受控的核反应，而是利用核爆炸来推动飞船，这已经不是一种发动机了，它被称为核脉冲火箭。这种飞船将携带大量的低当量原子弹，一颗颗地抛在身后，然后引爆，飞船后面安装一个推进盘，吸收爆炸的冲击波推动飞船前进。
这种看似天方夜谭的方式却是被美国政府实实在在考虑过的计划，这个在1955年被以猎户座计划命名的项目，希望建造一个简单、承载大、而且在资金上能够建造得起的飞船。这个飞船的样子像主教冠或者子弹头，16层楼高，后面的推进盘直径为41米多。发射台包括八个发射塔，每个塔高76．2米。起飞飞船质量是1万吨，和普通的化学火箭不同，这些质量中大部分都将进入轨道。飞船起飞时爆炸的原子弹当量为0．1千吨(注意，100吨TNT当量爆炸产生的推动力远不只100吨)，每秒钟就抛出一个。当飞船加快到一定速度后，将下降到每10秒爆炸一枚2万吨当量的原子弹。起飞方式被设计为竖直向上飞行，而不是像普通化学火箭这样到一定高度就倾斜飞行。这样飞行的目的是把放射性污染集中到一个小区域内。最初计划携带两千颗原子弹。船上可以装载150人，以及数千吨的载重，使得他们生活相对更加舒适。这种飞船可以建造得像战列舰一样，而不必像化学动力飞船那样过分考虑重量。飞船上还将携带一些小的化学动力飞船，用于行星或者卫星上着陆并重新返回使用。
原子弹并非直接作用于推进盘上，在释放出原子弹后，接着再释放出一些由塑料制成的固体圆盘，当飞船驶出一定距离，原子弹将在飞船后面爆炸，蒸发掉塑料圆盘，将其转化成高热的等离子浆。由于塑料盘位于原子弹和飞船之间，等离子浆中相当部分将会追上飞船，撞击太空飞船尾部巨大的金属推进盘，从而推动太空飞船高速行驶。
美国科学家围绕这个计划做了许多实验，证明这个计划是可行的。1959年11月进行了一次100米高度的飞行，共爆炸6枚化学炸弹。这次实验证明脉冲飞行是可以稳定进行的。
然而，这个设想却有一个最大的弱点，那就是它依赖于原子弹爆炸做动力，当它飞出大气层时，必将释放出核辐射尘污染地球环境。这也正是这个计划后来胎死腹中的原因之一。在1963年美苏签订禁止大气层核试验条约之后，猎户座计划研究于1965年终止。
不过，这项计划有其吸引人之处，它完全可以胜任以万吨飞船再携带万吨载重前往远方行星的重任，按照当初的计划，猎户座太空飞船只需125天就能往返火星。而且现代的技术发展又为其提供了新的可能，中子弹可以以低辐射的方式来发射大量中子，对塑料盘产生作用；而最近对x射线激光的研究表明，可以用于将辐射集中于朝向飞船的方向，从而更加高效利用这些爆炸能量。
二、核聚变发动机
核裂变发动机在核心制造方面没有太大的技术困难，但核聚变发动机则不同，首先需要解决受控核聚变的问题。我们目前的技术尚无法让轻核在常温下发生聚变，氢弹是用原子弹爆炸产生的高温来解决问题，我们总不能在飞船内部爆炸原子弹吧。
解决聚变问题的主要思路有三种：
1)磁约束聚变，也被叫做持续性聚变。将核燃料变成数百万度的高温等离子浆，从而使原子核活跃到能相互碰撞。由于等离子是带电的，所以可以用非常强大的磁场来束缚它们，否则，离子浆将融化任何束缚它们的容器。不过目前的技术还维持不了足够的时间来使它们产生反应。
2)惯性约束聚变，也被称作脉冲性聚变。利用激光或者粒子束来照射小燃料球产生超高温，生成比磁约束聚变时密度高1万亿倍的离子浆，从而产生聚变。南于这种反应时间非常快，不需要强磁场束缚它们，小燃料球自身的惯性就可以维持热度足够长的时间来进行反应。
3)μ介子催化聚变。μ介子是一种带负电、质量为电子207倍的基本粒子，寿命220微秒。由于它的质量比电子大许多，所以能够同原子核更接近，而它带的负电可以屏蔽原子核的正电，使得原子核之间的斥力减小，能够更接近，这样，就不需要严格的超高温或者体积限制。不过这种方式在目前的技术上还难以突破，很难让μ介子进入原子核周围的轨道，而且它的寿命太短暂，所以以它为催化剂的聚变必须非常快，此外，目前制造μ介子的代价也过于昂贵。
目前受控核聚变还是可以进行的，它完全可以在太空旅行中首先使用。那么，就考虑一下这三种方式的前景吧：
1)磁约束聚变发动机。磁约束聚变有可能是发电的最佳方式，但在宇航方面很可能就不理想了，倒不是因为我们必须发明 离子浆方向控制系统，而是因为必须安装一个磁场产生装置，而且可能还很大，而且这种方式下的离子浆密度低，意味着必须发动机必须造得很大。
2)惯性约束聚变发动机。和猎户座计划一样，这个方案是直接利用核爆炸，但这个方案是在船体内部爆炸，在尾部推进舱内使用激光或者粒子束来引爆小燃料球，每秒要引爆30到250个。在宇宙的真空中使用粒子束比地球上具有更明显的好处，不受大气分子的干扰。相对来说，这个方案是最可行的，不过，很显然这种方式也要安装别的设施，比如激光器或者粒子束发生器，并且需要给它们提供能量，尽管这个方案很可能比磁约束聚变发动机要轻。
也有一些规避方案，比如：
把激光器安在地球轨道上，然后飞船用一个很轻的光学系统来收集照射过来的激光并用于引爆，这样可以让飞船飞得很快，大概60天就能来回土星，不过这个主意并不怎么好；
使用高聚能物质替代激光，像原子弹里化学炸药的冲力引爆核燃料一样来引发聚变；
使用动态启动器来替代激光，可以把高聚能物质的作用想象成一个高速大锤，不过能否真达到足够的速度让人怀疑；
一个大胆的建议是从地球轨道上高速发射小燃料球，然后飞船发射东西高速撞击它们以引爆，但很显然，这个对接难度太大了。
最后我们还可以利用反物质反应和核聚变结合，用湮灭来引发聚变，这样，我们可以用很轻的发动机系统来获得高效率。不过反物质的麻烦也很多。
3)μ介子催化聚变发动机。由于μ介子寿命极短，这意味着必须在飞船上安装μ介子制造器，从而，增加的重量把不需要磁场产生装置和激光器的好处都抵消掉了。而且以目前的技术制造μ介子需要的能量太大，有这能量还不如直接发动飞船。
不论使用什么方式，都需要发明一个磁场限制装置来保护飞船的喷口，否则高热的离子会很快把喷口熔掉。
有趣的是，英国也有一个类似的猎户座计划，它就是英国的代达罗斯计划。
英国星际学会在上世纪70年代提出代达罗斯计划，只不过以更强大而且环保效果好一些的聚变力量代替原子弹。
这个项目不像猎户座那样在外部爆炸，而是内部的发动机，在一个磁场构筑的“燃烧室”中，向小燃料球照射发射电子束，产生离子。用磁场限制离子浆的办法将比猎户座计划更高效，因为猎户座计划中原子弹的大部分爆炸能量都没投射到船体上转化为动力。
飞船的质量为54万吨，其中推进装置重量是5万吨，预计经过持续4年的加速后，可以达到光速的1／8。
总的来说，核裂变发动机是相当现实的东西，而核聚变发动机则基本偏向科幻，需要很多技术突破才能变成现实。但裂变材料很稀缺，而用于核聚变的氘和氚却很多，在近处的月球上尤其丰富。此外，核聚变还有大幅度降低辐射污染的前景，虽然反应困难而且产生的能量小，但不产生γ射线和中子，只产生α粒子，可以说是相当干净的反应。所以人们对核聚变发动机仍旧存在更大的期望。
一、核裂变发动机
核动力是相当可行的一种方案。人类完全可以在10年内制造出核裂变动力火箭。如果采用核聚变的方式，则需要在受控核巨变方面取得进一步进展。核聚变动力火箭将比现在的化学动力火箭轻得多，即使使用比较慢的核能利用方式，也要比现代的化学动力火箭快一倍，它可以在3年内抵达土星，而不是现在的7年。由于燃料能持续更久，到达土星后还能有足够的能量继续旅行15年。而且，还有一种更直接的对核能的利用方式，可以获得强大的推动力将巨大的重物送往其他行星，那需要一种非常疯狂的方式。
对于核动力的利用方式有三种：
1．利用核反应堆的热能；
2．直接利用来自反应堆的高能粒子；
3．利用核弹爆炸。
利用反应堆的热量是最简单也是最明显的方式，核动力航空母舰和核潜艇都是利用核裂变反应堆的动力来推动螺旋桨。不过，太空没有水或者空气这种介质，不能采用螺旋桨而必须利用喷气的方式。但方法仍很简单，反应堆中核子的裂变或者聚变产生大量热能，我们将推进剂(很可能采用液态氢)注入，推进剂会受热迅速膨胀，然后从发动机尾部高速喷出，产生推力。
利用反应堆的热量这种办法虽然节省了燃料，但必须携带许多液体推进剂，获得的好处没剩多少。由于核反应的时候能够产生许多高能粒子，所以第二种方式就是直接利用来自反应堆的粒子，从而不必携带推进剂。
这些高能粒子移动速度非常快，我们当初用反应堆加热推进剂就是为了让推进剂的热运动速度增大从而获得推力，而这里我们已经有了这样的高速运动物质。而且这些高能粒子是离子态的，从而可以使用磁场来控制它们的喷射方向。
不过，这种发动机可不像前面介绍的那些那么容易制造，而且可能非常昂贵，有可能需要一个很大很重的反应装置，或者—个利用多阶段反应(后一个阶段利用前一阶段产物)的小一些的反应装置。
第三种方式是一个大胆而疯狂的方式，不再是利用受控的核反应，而是利用核爆炸来推动飞船，这已经不是一种发动机了，它被称为核脉冲火箭。这种飞船将携带大量的低当量原子弹，一颗颗地抛在身后，然后引爆，飞船后面安装一个推进盘，吸收爆炸的冲击波推动飞船前进。
这种看似天方夜谭的方式却是被美国政府实实在在考虑过的计划，这个在1955年被以猎户座计划命名的项目，希望建造一个简单、承载大、而且在资金上能够建造得起的飞船。这个飞船的样子像主教冠或者子弹头，16层楼高，后面的推进盘直径为41米多。发射台包括八个发射塔，每个塔高76．2米。起飞飞船质量是1万吨，和普通的化学火箭不同，这些质量中大部分都将进入轨道。飞船起飞时爆炸的原子弹当量为0．1千吨(注意，100吨TNT当量爆炸产生的推动力远不只100吨)，每秒钟就抛出一个。当飞船加快到一定速度后，将下降到每10秒爆炸一枚2万吨当量的原子弹。起飞方式被设计为竖直向上飞行，而不是像普通化学火箭这样到一定高度就倾斜飞行。这样飞行的目的是把放射性污染集中到一个小区域内。最初计划携带两千颗原子弹。船上可以装载150人，以及数千吨的载重，使得他们生活相对更加舒适。这种飞船可以建造得像战列舰一样，而不必像化学动力飞船那样过分考虑重量。飞船上还将携带一些小的化学动力飞船，用于行星或者卫星上着陆并重新返回使用。
原子弹并非直接作用于推进盘上，在释放出原子弹后，接着再释放出一些由塑料制成的固体圆盘，当飞船驶出一定距离，原子弹将在飞船后面爆炸，蒸发掉塑料圆盘，将其转化成高热的等离子浆。由于塑料盘位于原子弹和飞船之间，等离子浆中相当部分将会追上飞船，撞击太空飞船尾部巨大的金属推进盘，从而推动太空飞船高速行驶。
美国科学家围绕这个计划做了许多实验，证明这个计划是可行的。1959年11月进行了一次100米高度的飞行，共爆炸6枚化学炸弹。这次实验证明脉冲飞行是可以稳定进行的。
然而，这个设想却有一个最大的弱点，那就是它依赖于原子弹爆炸做动力，当它飞出大气层时，必将释放出核辐射尘污染地球环境。这也正是这个计划后来胎死腹中的原因之一。在1963年美苏签订禁止大气层核试验条约之后，猎户座计划研究于1965年终止。
不过，这项计划有其吸引人之处，它完全可以胜任以万吨飞船再携带万吨载重前往远方行星的重任，按照当初的计划，猎户座太空飞船只需125天就能往返火星。而且现代的技术发展又为其提供了新的可能，中子弹可以以低辐射的方式来发射大量中子，对塑料盘产生作用；而最近对x射线激光的研究表明，可以用于将辐射集中于朝向飞船的方向，从而更加高效利用这些爆炸能量。
二、核聚变发动机
核裂变发动机在核心制造方面没有太大的技术困难，但核聚变发动机则不同，首先需要解决受控核聚变的问题。我们目前的技术尚无法让轻核在常温下发生聚变，氢弹是用原子弹爆炸产生的高温来解决问题，我们总不能在飞船内部爆炸原子弹吧。
解决聚变问题的主要思路有三种：
1)磁约束聚变，也被叫做持续性聚变。将核燃料变成数百万度的高温等离子浆，从而使原子核活跃到能相互碰撞。由于等离子是带电的，所以可以用非常强大的磁场来束缚它们，否则，离子浆将融化任何束缚它们的容器。不过目前的技术还维持不了足够的时间来使它们产生反应。
2)惯性约束聚变，也被称作脉冲性聚变。利用激光或者粒子束来照射小燃料球产生超高温，生成比磁约束聚变时密度高1万亿倍的离子浆，从而产生聚变。南于这种反应时间非常快，不需要强磁场束缚它们，小燃料球自身的惯性就可以维持热度足够长的时间来进行反应。
3)μ介子催化聚变。μ介子是一种带负电、质量为电子207倍的基本粒子，寿命220微秒。由于它的质量比电子大许多，所以能够同原子核更接近，而它带的负电可以屏蔽原子核的正电，使得原子核之间的斥力减小，能够更接近，这样，就不需要严格的超高温或者体积限制。不过这种方式在目前的技术上还难以突破，很难让μ介子进入原子核周围的轨道，而且它的寿命太短暂，所以以它为催化剂的聚变必须非常快，此外，目前制造μ介子的代价也过于昂贵。
目前受控核聚变还是可以进行的，它完全可以在太空旅行中首先使用。那么，就考虑一下这三种方式的前景吧：
1)磁约束聚变发动机。磁约束聚变有可能是发电的最佳方式，但在宇航方面很可能就不理想了，倒不是因为我们必须发明 离子浆方向控制系统，而是因为必须安装一个磁场产生装置，而且可能还很大，而且这种方式下的离子浆密度低，意味着必须发动机必须造得很大。
2)惯性约束聚变发动机。和猎户座计划一样，这个方案是直接利用核爆炸，但这个方案是在船体内部爆炸，在尾部推进舱内使用激光或者粒子束来引爆小燃料球，每秒要引爆30到250个。在宇宙的真空中使用粒子束比地球上具有更明显的好处，不受大气分子的干扰。相对来说，这个方案是最可行的，不过，很显然这种方式也要安装别的设施，比如激光器或者粒子束发生器，并且需要给它们提供能量，尽管这个方案很可能比磁约束聚变发动机要轻。
也有一些规避方案，比如：
把激光器安在地球轨道上，然后飞船用一个很轻的光学系统来收集照射过来的激光并用于引爆，这样可以让飞船飞得很快，大概60天就能来回土星，不过这个主意并不怎么好；
使用高聚能物质替代激光，像原子弹里化学炸药的冲力引爆核燃料一样来引发聚变；
使用动态启动器来替代激光，可以把高聚能物质的作用想象成一个高速大锤，不过能否真达到足够的速度让人怀疑；
一个大胆的建议是从地球轨道上高速发射小燃料球，然后飞船发射东西高速撞击它们以引爆，但很显然，这个对接难度太大了。
最后我们还可以利用反物质反应和核聚变结合，用湮灭来引发聚变，这样，我们可以用很轻的发动机系统来获得高效率。不过反物质的麻烦也很多。
3)μ介子催化聚变发动机。由于μ介子寿命极短，这意味着必须在飞船上安装μ介子制造器，从而，增加的重量把不需要磁场产生装置和激光器的好处都抵消掉了。而且以目前的技术制造μ介子需要的能量太大，有这能量还不如直接发动飞船。
不论使用什么方式，都需要发明一个磁场限制装置来保护飞船的喷口，否则高热的离子会很快把喷口熔掉。
有趣的是，英国也有一个类似的猎户座计划，它就是英国的代达罗斯计划。
英国星际学会在上世纪70年代提出代达罗斯计划，只不过以更强大而且环保效果好一些的聚变力量代替原子弹。
这个项目不像猎户座那样在外部爆炸，而是内部的发动机，在一个磁场构筑的“燃烧室”中，向小燃料球照射发射电子束，产生离子。用磁场限制离子浆的办法将比猎户座计划更高效，因为猎户座计划中原子弹的大部分爆炸能量都没投射到船体上转化为动力。
飞船的质量为54万吨，其中推进装置重量是5万吨，预计经过持续4年的加速后，可以达到光速的1／8。
总的来说，核裂变发动机是相当现实的东西，而核聚变发动机则基本偏向科幻，需要很多技术突破才能变成现实。但裂变材料很稀缺，而用于核聚变的氘和氚却很多，在近处的月球上尤其丰富。此外，核聚变还有大幅度降低辐射污染的前景，虽然反应困难而且产生的能量小，但不产生γ射线和中子，只产生α粒子，可以说是相当干净的反应。所以人们对核聚变发动机仍旧存在更大的期望。