美國核能發(fā)電將運(yùn)用到航天領(lǐng)域

美國航空航天局（NASA）計(jì)劃開始對“核發(fā)動機(jī)”進(jìn)行測試，這或許將為宇航員登陸火星并在火星表面開展任務(wù)提供能源。

這個發(fā)動機(jī)項(xiàng)目被稱為“Kilopower”，將采用一個只有衛(wèi)生卷紙大小的鈾反應(yīng)堆來產(chǎn)生熱能。接著，這些熱能將由一臺高效率的斯特林發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，整個系統(tǒng)的工作原理與汽車發(fā)動機(jī)相似。

NASA的太空技術(shù)任務(wù)部（STMD）已經(jīng)為Kilopower項(xiàng)目提供了多年資助。據(jù)介紹，這種技術(shù)能產(chǎn)生1到10千瓦的電能，持續(xù)時間能達(dá)到10年或更長。美國家庭平均用電量在5千瓦左右。

Kilopower項(xiàng)目的測試預(yù)計(jì)將在11月開始，并一直進(jìn)行到明年年初。NASA正在與美國能源部內(nèi)華達(dá)國家安全區(qū)合作，對核裂變能源技術(shù)進(jìn)行評估。“Kilopower測試項(xiàng)目將給我們帶來信心，證明這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)為太空飛行發(fā)展做好了準(zhǔn)備，”來自NASA總部、擔(dān)任太空技術(shù)任務(wù)部動力和能源儲存首席技術(shù)官的李˙梅森（LeeMason）說，“我們將不斷地檢查分析模型，確定硬件工作時的最好狀態(tài)。”

位于田納西州橡樹嶺的Y-12國家安全綜合體（Y12NationalSecurityComplex）將為這套系統(tǒng)的測試提供反應(yīng)堆堆芯。梅森表示，在探索火星的過程中，擁有太空級別的核裂變動力將是巨大的優(yōu)勢。宇航員再也不用擔(dān)心夜間，或者在日光銳減的塵暴期間出現(xiàn)能源不足的問題。

“它解決了這些問題，無論你身處火星何處，它都能提供持續(xù)的能源，”梅森說，“核裂變能源可以擴(kuò)展火星的可能著陸點(diǎn)，包括北半球高緯度可能有冰存在的地區(qū)。”

“太空核反應(yīng)堆高能量密度的動力來源，并且能夠獨(dú)立運(yùn)行，不受太陽能或方向的影響，還可以在極端惡劣的環(huán)境，比如火星表面上運(yùn)行，”Kilopower項(xiàng)目在洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人帕特里克˙麥克盧爾（PatrickMcClure）說道。

“我們現(xiàn)在測試的反應(yīng)堆技術(shù)可以應(yīng)用在多項(xiàng)NASA任務(wù)上，而我們最終希望這是核裂變反應(yīng)堆成功的第一步，即建立一種具有真正野心并激勵太空探索的新范式，”洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室首席反應(yīng)堆設(shè)計(jì)師大衛(wèi)˙波斯頓（DavidPoston）說，“對于任何首開先例的工程項(xiàng)目，簡約性是最根本的——不一定是最簡單的設(shè)計(jì)，而是要尋找從設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、安全保障到測試的最簡單路徑。”

“我們努力要做的就是為太空任務(wù)提供新的選擇，而不是只依賴RTG（放射性同位素?zé)犭姍C(jī)），這種發(fā)電機(jī)只能提供幾百瓦的電能，”梅森說，“我們在火星上已經(jīng)做到的所有偉大成就，與到達(dá)那里開展有人任務(wù)所需的一切之間，最大的區(qū)別就在于能源。這種新技術(shù)能提供千瓦級的電能，最終將發(fā)展到能提供數(shù)百千瓦，甚至百萬千瓦的電能。”

由于反應(yīng)堆體積很小，因此在單個火星登陸器上可以使用多個單元的組合，并能在火星表面任務(wù)中獨(dú)立運(yùn)行。

核能在太空任務(wù)中的應(yīng)用

放射性同位素?zé)犭姍C(jī)（RTG）是一種利用放射性衰變獲取能量的發(fā)電機(jī)。過去50年來，NASA已經(jīng)利用RTG技術(shù)完成了許多太空任務(wù)的發(fā)射。RTG技術(shù)還曾應(yīng)用在兩艘海盜號（Viking）火星登陸器上，目前仍在火星上工作的好奇號火星車也裝載有RTG。

人類登陸月球的阿波羅任務(wù)、兩艘旅行者號太空船，以及前往冥王星和更遠(yuǎn)地方探索的新視野號探測器，還有剛剛結(jié)束使命的卡西尼-惠更斯號探測器，都使用了RTG。

感謝冷戰(zhàn)時期的太空競賽，NASA的工程師發(fā)現(xiàn)了一種容易獲得的核能來源——鈾-238，這是生產(chǎn)武器級鈾-239時的副產(chǎn)品。