項目組成員說，一種新型的核反應(yīng)堆可以為月球和火星上的人員前哨提供動力，幾年之后就可以進(jìn)行首次太空試驗。
飛行測試是Kilopower實驗性裂變反應(yīng)堆的下一個重要步驟，該反應(yīng)堆通過了一系列關(guān)鍵的地面測試。
美國能源部洛斯阿拉莫斯國家實驗室(DOE) Kilopower項目負(fù)責(zé)人帕特里克·麥克盧爾(Patrick McClure)表示，目前還沒有關(guān)于地球外演示的計劃，但如果需要的話，Kilopower應(yīng)該準(zhǔn)備好在2022年左右投入使用。
“我認(rèn)為我們可以在三年內(nèi)做到這一點，并為飛行做好準(zhǔn)備，”麥克盧爾在與美國宇航局未來太空行動工作組的一次演示中說。
圖解: 藝術(shù)家用四個10千瓦的單位描繪了火星表面的裂變動力系統(tǒng)。圖片來源：美國宇航局
“我認(rèn)為三年是一個非常可行的時間框架，”他補充說，并強調(diào)這是他的觀點，不一定是NASA的觀點，NASA正在與能源部一起開發(fā)Kilopower項目，太空中的另一種核能。
NASA的旅行者1號和旅行者2號探測器、新地平線號宇宙飛船、好奇號火星探測車以及其他許多機器人探測車，都使用放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器(RTGs)，將钚238放射性衰變釋放的熱量轉(zhuǎn)化為電能。
太空中不同類型的核能
RTGs的輸出功率相對較低。例如，好奇號和美國宇航局即將推出的火星2020探測車所使用的探測車，在任務(wù)開始時能產(chǎn)生約110瓦的電力。(這種產(chǎn)出會隨著時間慢慢下降。)
麥克盧爾說，載人火星前哨站對能源的需求將大大高于此:即使是NASA計劃在本世紀(jì)30年代末建成的小型研究站，也需要40千瓦的持續(xù)可用電力。
畢竟，先驅(qū)者們需要電力來凈化他們的水源，從二氧化碳為主的火星大氣中產(chǎn)生氧氣，給他們的漫游者充電，加熱他們的棲息地等等。
因此，人類對火星的探索將需要一種不同的能源生產(chǎn)策略。這就是Kilopower的用武之地。
就像設(shè)計用于留在地球上的核電站一樣，Kilopower也是一個裂變反應(yīng)堆。它通過斯特靈發(fā)動機將原子分裂產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為電能。(相比之下，核電站通常使用這種熱量來產(chǎn)生渦輪轉(zhuǎn)動蒸汽。)
麥克盧爾說，在結(jié)束地面測試系列中，這個名為“克拉斯蒂”(KRUSTY，使用斯特林技術(shù)的Kilopower反應(yīng)堆)的反應(yīng)堆將30%的裂變熱轉(zhuǎn)化為電能。
這種效率使RTGs相形見絀，RTGs可以轉(zhuǎn)換大約7%的可用熱量。
麥克盧爾說:“這是一次非常成功的測試。
Kilopower項目正式啟動以來，他們的建筑師在通過一個名為“使用平頂裂縫(DUFF)進(jìn)行演示”的實驗中證明了這個基本概念。是的，《辛普森一家》的粉絲們，Kilopower家族是你們的人:達(dá)夫和克勞斯提是這部標(biāo)志性動畫電視節(jié)目的參考。
去火星？
正如其名所示，Kilopower反應(yīng)堆的設(shè)計目標(biāo)是產(chǎn)生至少1千瓦的電力(1千瓦時)。麥克盧爾說，它的產(chǎn)量可擴(kuò)大到10公里左右，并可運行約15年。
因此，四個擴(kuò)大的Kilopower反應(yīng)堆可以滿足美國宇航局探索者的能源需求，第五個反應(yīng)堆可能著陸提供備用。這些設(shè)備比你想象的要小。整個10-kWe反應(yīng)堆只有3.4米(11英尺)高，反應(yīng)堆部件的大小相當(dāng)于一個老式金屬垃圾桶。麥克盧爾說，如果沒有任何防護(hù)措施，單是反應(yīng)堆核心就有一卷紙巾那么大。
盡管如此，這些碎片還是很重。有了屏蔽，整個10-kWe反應(yīng)堆可能重約2,000公斤(4,400磅)。麥克盧爾說，如果反應(yīng)堆被埋在地下，其中一些物質(zhì)可以減少，因此不需要那么多的宇航員防護(hù)屏蔽。(如果沒有屏蔽，10-kWe反應(yīng)堆的重量約為3300磅(合1500公斤)。)
他強調(diào)，Kilopower反應(yīng)堆將非常安全。這些設(shè)備在到達(dá)深空之前不會打開，所以即使反應(yīng)堆的火箭撞回地球，也不會有危險的輻射暴露威脅。(順便說一句，扳動開關(guān)并不一定總是發(fā)生在月球或火星表面;麥克盧爾說，Kilopower反應(yīng)堆具有足夠的靈活性，無需太多修改就能被并入深空探測器，這大大有助于電力推進(jìn)。)
此外，Kilopower是自我調(diào)節(jié)的，麥克盧爾說。如果反應(yīng)堆過熱，它的斯特林發(fā)動機就會從鈾堆芯吸收更多的熱量。如果溫度下降太多，核心就會自然收縮，俘獲更多的中子，導(dǎo)致更多的原子分裂碰撞。
順便說一句，四座運行中的反應(yīng)堆可能會讓火星前哨站有一種真正度假的感覺。這些設(shè)備將需要向紅色星球的空氣中釋放大量的“額外”熱量;畢竟，30%的轉(zhuǎn)換效率意味著70%的裂變熱仍然存在。所以他們會配備散熱器。一個突出的設(shè)計設(shè)想在反應(yīng)堆頂部安裝寬而圓的散熱器，讓它們看起來像一把沙灘傘。
快到了嗎?
麥克盧爾說，克拉斯蒂結(jié)束后不久，Kilopower團(tuán)隊就開始調(diào)查可能的示范任務(wù)。
他說:“我們首先想到的是一個可能的月球著陸器，所以我們確實研究了一個可能的月球系統(tǒng)。”
麥克盧爾補充說，這一概念任務(wù)可能不會以飛行告終;它的目標(biāo)是月球北極，而美國宇航局對載人探索的關(guān)注現(xiàn)在集中在月球南極。(作為阿爾特彌斯計劃的一部分，nasa的目標(biāo)是到2024年讓宇航員在南極地區(qū)著陸。)但是麥克盧爾說，如果美國宇航局確實啟動了太空任務(wù)，這個團(tuán)隊將歡迎太空任務(wù)。
“我們很興奮，”他說。“我們期待著做一些新的事情，超越這一切。”
他補充說，Kilopower是美國在過去40年里開發(fā)的第一個真正新穎的裂變反應(yīng)堆概念。將其送入太空當(dāng)然是一個里程碑，但該項目不會開辟全新的領(lǐng)域。
畢竟，裂變反應(yīng)堆已經(jīng)離開了地球。美國于1965年4月在實驗衛(wèi)星SNAP-10A上向軌道發(fā)射了一個反應(yīng)堆。(一個電氣部件的故障導(dǎo)致反應(yīng)堆在43天后關(guān)閉。)從1967年到20世紀(jì)80年代末，蘇聯(lián)在衛(wèi)星上發(fā)射了30多個裂變反應(yīng)堆。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3. spaceanswers-林阿魚afish521
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