说起核能源；它们是裂变反应堆、放射性同位素衰变源和聚变反应堆。这三种类型的核火箭发动机都是在液体火箭发动机的基础上扩展的。气体由原子核内部转换产生的能量加热。化学火箭发动机中能量来自于推进剂，而核火箭发动机中能源一般与推进剂无关。
    　在核裂变反应堆火箭发动机中，热量由固体反应堆材料里铀的裂变产生，随后传递给工质，核裂变火箭发动机主要用于大推力（40000N以上）的场合，其比冲可高达900s。裂变火箭发动机于上世纪60年代开始设计并进行了试验。工质为氢的地面试验推力最高达98kN，采用的石墨芯核反应堆功率为4100MW，相当于发动机真空比冲为848s，氢的温度约为2500K。这种发动机主要担心的是材料的高温(2600K以上)寿命、强辐射、能量控制、反应堆工作后的冷却、高能中子减速、载人航天器轻质防辐射屏的设计等。
     　近年来对核裂变火箭推进又重新产生了兴趣，主要原因是有可能开展载人行星探测任务。研究表明，高比冲(某些研究估计为1100s)可缩短星际航行的转移时间、减小航天器尺寸、当行星不在最佳相对位置时可提高发射时机选择的灵活性。
     　在同位素衰变发动机中，由放射性材料发出的辐射转化为热量。同位素衰变源已成功地用于为航天器发电，有一些已作为卫星和深空探测器的电源已经上天。同位素释放的能量可用于提高发动机工质(如氢)的温度，或许也可用于驱动电推进系统。比起其他几种核火箭发动机，通常同位素发动机的推力较小、温度较低。与前面一样，同位素衰变发动机也未完全成熟、未曾上天飞行。
     　核聚变是第三种产生可用于加热工质的核能的方法。已研究过多种方案，但至今没有一种进行过试验，很多方案仍然不可行或不实际。由于担心发生地面环境放射性物质无意泄漏事故，再考虑到高昂的研制成本，至今还未重新进行过大型核火箭发动机的试制工作，看起来今后几十年内不可能研制或使用核火箭发动机，除非有什么新的发现或人们的态度有所转变。

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