利用核反應或放射性衰變釋放出熱量加熱工質（工作介質）產生推力的火箭發動機。這種發動機的比衝高、壽命長，但技術複雜，只適用於長期工作的航天器，也可用於運載火箭的高能末級。核火箭發動機根據核反應方式的不同分為三種類型：放射性同位素衰變型、核裂變型和核聚變型。相應的發動機稱為放射性同位素火箭發動機、核裂變型火箭發動機以及熱核火箭發動機。核反應堆中的核反應物質依狀態不同分為固體堆芯和氣體堆芯。放射性同位素火箭發動機的推力較小,一般在1牛以下，比衝為250∼800秒。核裂變型火箭發動機比衝較高，採用固體堆芯可達750∼1200秒,採用氣體堆芯則高達5000∼10000秒。核火箭發動機由裝在推力室承壓殼體內的核反應堆、冷卻噴管、工質輸送系統和控制系統組成。在核反應堆中，核能轉變為熱能，加熱工質。核火箭發動機使用的工質都是低分子量物質，如液氫、液氦和液氨等。輸送系統將工質先送入噴管冷卻套冷卻推力室，然後進入反應堆加熱，最後通過噴管膨脹加速排出。發動機控制系統調節工質的流量和控制反應堆的功率。核火箭發動機雖然從60年代初就開始研製，但至今尚處於試驗階段，未能實用。研製中存在的主要技術問題是輻射防護、排氣污染、反應堆的控制和高效率換熱器的設計等。
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