美國(guó)航空航天局(NASA)計(jì)劃開(kāi)始對(duì)“核發(fā)動(dòng)機(jī)”進(jìn)行測(cè)試，這或許將為宇航員登陸火星并在火星表面開(kāi)展任務(wù)提供能源。
這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目被稱為“Kilopower”，將采用一個(gè)只有衛(wèi)生卷紙大小的鈾反應(yīng)堆來(lái)產(chǎn)生熱能。接著，這些熱能將由一臺(tái)高效率的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，整個(gè)系統(tǒng)的工作原理與汽車發(fā)動(dòng)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(shí)間能達(dá)到10年或更長(zhǎng)。美國(guó)家庭平均用電量在5千瓦左右。
Kilopower項(xiàng)目的測(cè)試預(yù)計(jì)將在11月開(kāi)始，并一直進(jìn)行到明年年初。NASA正在與美國(guó)能源部?jī)?nèi)華達(dá)國(guó)家安全區(qū)合作，對(duì)核裂變能源技術(shù)進(jìn)行評(píng)估。“Kilopower測(cè)試項(xiàng)目將給我們帶來(lái)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(lái)自NASA總部、擔(dān)任太空技術(shù)任務(wù)部動(dòng)力和能源儲(chǔ)存首席技術(shù)官的李˙梅森(LeeMason)說(shuō)，“我們將不斷地檢查分析模型，確定硬件工作時(shí)的最好狀態(tài)。”
位于田納西州橡樹(shù)嶺的Y-12國(guó)家安全綜合體(Y12NationalSecurityComplex)將為這套系統(tǒng)的測(cè)試提供反應(yīng)堆堆芯。梅森表示，在探索火星的過(guò)程中，擁有太空級(jí)別的核裂變動(dòng)力將是巨大的優(yōu)勢(shì)。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(wèn)題。
“它解決了這些問(wèn)題，無(wú)論你身處火星何處，它都能提供持續(xù)的能源，”梅森說(shuō)，“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(dòng)力來(lái)源，并且能夠獨(dú)立運(yùn)行，不受太陽(yáng)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人帕特里克˙麥克盧爾(PatrickMcClure)說(shuō)道。
“我們現(xiàn)在測(cè)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(lì)太空探索的新范式，”洛斯阿拉莫斯國(guó)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(shuō)，“對(duì)于任何首開(kāi)先例的工程項(xiàng)目，簡(jiǎn)約性是最根本的——不一定是最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，而是要尋找從設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制造、安全保障到測(cè)試的最簡(jiǎn)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(shuō)，“我們?cè)诨鹦巧弦呀?jīng)做到的所有偉大成就，與到達(dá)那里開(kāi)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(jí)的電能，最終將發(fā)展到能提供數(shù)百千瓦，甚至百萬(wàn)千瓦的電能。”
由于反應(yīng)堆體積很小，因此在單個(gè)火星登陸器上可以使用多個(gè)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(guò)去50年來(lái)，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(hào)(Viking)火星登陸器上，目前仍在火星上工作的好奇號(hào)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(hào)太空船，以及前往冥王星和更遠(yuǎn)地方探索的新視野號(hào)探測(cè)器，還有剛剛結(jié)束使命的卡西尼-惠更斯號(hào)探測(cè)器，都使用了RTG。
感謝冷戰(zhàn)時(shí)期的太空競(jìng)賽，NASA的工程師發(fā)現(xiàn)了一種容易獲得的核能來(lái)源——鈾-238，這是生產(chǎn)武器級(jí)鈾-239時(shí)的副產(chǎn)品。
