上世纪50年代,美国提出了“三位一体”战略核力量,即空基、海基、陆基导弹的核打击能力,导弹技术可分为弹道导弹和巡航导弹。
但是,当时摆在设计人员面前的是一个大问题,那就是传统的导弹发动机依靠燃料的剧烈燃烧来提供所需的推力,这对巡航导弹来说是一个很大的烦恼,因为低空飞行速度非常有限,这意味着到达目标位置需要更多的时间, 而洲际飞行需要大量的燃料,燃料的增加意味着导弹的尺寸和重量增加,这反过来又需要增加发动机推力。在这种情况下,美国提出了“冥王星”计划,以开发核动力冲压喷气发动机。
冲压式喷气发动机的工作原理很简单,当导弹飞得快时,大量的空气从发动机进气口涌入并完成增压,不需要特殊的压缩机风扇,加压空气向后移动并与燃料混合物一起点燃,形成高温气体向后喷射产生推进力, 这种发动机不能在零速或低速下启动,因为进气口的空气流量不够。既然冲压式喷气发动机的燃烧燃料的作用是产生高温气体,那么有没有其他方法可以替代它,设计师想到了核燃料,不是直接燃烧核燃料,而是利用核反应释放的热量快速加热压缩空气,使其被加热并向后膨胀产生推进力, 这与我们熟悉的潜艇和航空母舰使用的“沸水”核电不同。
从理论上讲,核动力冲压喷气发动机是可行的,据估计,50公斤的核燃料可以让导弹以3马赫的速度连续飞行数天,足以到达地面任何地方,而且它的日常维护比战略轰炸机和战略核潜艇简单得多, 巡航导弹本身可以机动发射,这比固定在发射井中的弹道导弹更灵活。
然而,冲压式喷气发动机有许多技术问题需要克服,除了小型化核反应堆外,一个重要的问题是如何承受核反应产生的热量的快速释放。 劳伦斯辐射实验室打算建造一个实验发动机,以验证某些关键技术的可行性,该反应堆被称为Tory II-A,设计为产生155千瓦的功率。 因为它是一台试验机,所以没有考虑尺寸和重量方面,它看起来像一个机车,内部用某种陶瓷材料绝缘,铀-235被用作燃料。 由于只在地面上进行测试,因此建造了一个大型高压气罐来模拟高速飞行的气流。
Tory II-A 在 1961 年进行了多次测试,柱状核燃料有轻微的裂纹,反应堆临界状态下的辐射极高,但总的来说是成功的,空气在通过反应堆时可以加热到 1080,顺便从反应堆中散热, 尾部喷嘴每秒喷射 320 公斤空气。
随着早期的成功,开发了一种全尺寸的、实用的Tory II-C,设计功率为500千瓦,其高压气罐扩大了十倍以模拟空中飞行,只需五天即可充满,但这些空气只够Tory II-C运行五分钟。 到1964年3月5日,它已经进行了包括风洞试验在内的82次各种试验,并在飞行模拟中表现良好,当时模拟导弹在3000米的高度,高度为2反应堆以8马赫的速度飞行,达到临界状态,功率为750千瓦,气流为每秒570公斤,堆芯温度为1242。
同时,相应的巡航导弹正在建造中,但它要简单得多,因为不需要考虑由于燃料消耗引起的重心变化,并且大部分结构由不锈钢制成,因为它需要承受发动机可以传递的高温, 以及高速飞行可能引起的高温。导弹需要配备固体燃料火箭助推器,首先将导弹发射到空中,并将速度提高到1马赫左右,此时可以启动冲压喷气发动机,但导弹在发射前需要启动核反应堆,这对人体来说是一个危险的过程, 并且需要在发射后尽快发射。
冥王星“计划,以及它所属的洲际巡航导弹计划,看起来很有希望,至少在技术上,它已经不太难了,但它的代价是2它在6亿美元(1964年7月)后终止,主要是因为当时民兵洲际弹道导弹的成功,它速度更快,单位成本更低。