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美国宇航局的 Kilopower 项目可能会结束美国太空反应堆半个世纪的停滞。
美国许多雄心勃勃的太空任务都是通过使用核能来实现的。1月18日,NASA 和能源部的科学家及官员聚集在拉斯维加斯的国家原子测试博物馆,讨论下一代核电站 Kilopower 项目的未来太空任务。
过去,美国宇航局利用放射性同位素热电发电机(RTGs)为航天器、太空飞船提供动力。该装置直接利用钚衰变产生电能,没有移动部件,非常适合太空应用。然而,这不是非常有效。核反应堆可以利用主动式核裂变或原子分裂,效率更高,美国宇航局几十年一直在研究这种技术。
1965年美国启动第一个空间反应堆 SNAP-10A,然而从20世纪70年代末到本世纪初,空间反应堆的发展基本上是不成功的。新墨西哥洛斯阿拉莫斯国家实验室首席核反应堆设计者 Dave Poston 表示,“在过去的几十年里,核裂变反应堆技术没有任何实质性进展。”
复杂的基于裂变的项目需要大量的研究和开发。美国宇航局空间技术任务委员会副主管史蒂夫·乔尔奇克(Steve Jurczyk)表示:“这往往要持续很长时间,长达数十年,费用从数亿到数十亿美元不等。最后,他们总是被取消。”
与以前的技术不同,Kilopower 反应堆简单,价格低廉,依赖于已经很好理解的燃料和技术。它使用主动式核裂变,就像一个传统的核反应堆,这将使它从铀合金核心中获得比 RTG 更多的能量。夹在反应堆堆芯周围的热管将热量传递给发电机组:小型斯特林发动机,这是1816年开发的技术。发动机是用简单的活塞将热量转化为运动,然后转化为电力。反应堆将从伞状冷却阵列辐射过多的热量。
2012年,洛斯阿拉莫斯国家实验室和俄亥俄州的美国宇航局 Glenn 研究中心对反应堆进行了成功的概念验证试验,美国国家航空和宇宙航行局让他们继续在内华达州国家安全地点进行开发和测试。目前,该小组正在进行组件测试,以确定每个反应堆部件的反应性能,即它们如何应对由裂变反应产生的中子辐射。据这个会议的官员说,这个阶段的测试应该很快完成。然后,该项目将进行冷态临界实验,这将测试反应堆的组成部分,这次在里面使用浓缩铀燃料核心。完整测试计划在三月中旬开始。
美国太空总署(NASA)将宇航员送往火星的兴趣为 Kilopower 项目提供了主要动力:美国宇航局电力和能源储存首席技术专家李·梅森(Lee Mason)表示,对火星进行人类任务的能量需求将远远大于以往机器人任务的要求。梅森说:“以往着陆器、探测器的所有电力系统都低于200瓦。而火星的人类任务可能需要40到50千瓦。”
美国宇航局正在考虑像太阳能电池阵列这样的能源,但是许多因素使得核电更具吸引力。一方面,火星的表面接收的阳光大约是地球的三分之一,并且经常看到沙尘暴使得这种情况更加严重。此外,反应堆与太阳能电池和电池相比,系统更小更轻。
除了人类进入火星的任务之外,反应堆还有各种各样的应用。它们可以为轨道器和着陆器提供动力,为它们提供比前人更多的电力。反应堆也可以为电子推进系统提供动力。美国宇航局还特别感兴趣的是,在月球轨道上和月球表面使用 Kilopower 反应堆。
Jurczyk 表示:“成功的 Kilopower 测试将是太空核电的一次重大飞跃。但是,要达到一个真正的飞行系统的设计和质量标准还有很多工作要做。”
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istic
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