NASA十年后或将反应堆送上月球，为人类基地供电

如果一切顺利，美国登陆器将在未来十年的某个时候带着一个小型核反应堆抵达月球基地。在反应堆内部，硼控制棒将延伸到铀堆中，引发核链式反应，分裂铀原子并释放热量。接下来，热量将被传递到一个发电机，它将把光带到月球基地。

美国国家航空航天局经过半个世纪的努力，建造了一个能够在太空使用的核反应堆，并且刚刚完成了一个新设计的测试。新的反应堆被称为千功率反应堆，它的下一个里程碑可能是在21世纪20年代的某个时候太空飞行的开始。千功率是在美国能源部的帮助下开发的。它标志着美国40年来建造的第一个全新的核反应堆。这可能会改变太空探索的方式，尤其是太阳系中永久人类前哨基地的能源生产。

目前的太空任务使用燃料电池、核电池或太阳能。但是月亮的夜晚持续两周，火星上的阳光强度只有地球的40%。美国宇航局太空技术部副行政助理吉姆·路透说:“当我们去月球或最终去火星时，我们可能需要大量不依赖太阳的能源，尤其是如果我们想在那里生活的话。”

千瓦时是一种小型轻质裂变反应堆，能够提供高达10千瓦的电力。美国宇航局表示，四个10千瓦的反应堆可以为火星或月球上的人类基地提供足够的电力。康涅狄格大学的工程教授、核能研究专家克劳迪奥·布鲁诺说，40千瓦的电力足以满足3到8个普通美国家庭的需求。

他补充道:“40千瓦的电力相当于大约60马力，你可能会认为这有点不够。事实上，如果你想做一些有用的事情，特别是如果月球或火星任务是载人任务，你需要更多的能量。但是在过去的每一项研究中，都有关于核能致命危险的*。这是几十年来人们第一次谈论用核反应堆为发电机提供动力，所以这也是第一个积极的信号。”

在太空探索中，使用核能有两种主要方式:发电或产生推进力。千瓦时将被用来发电，就像地球上的发电站一样。它产生的电力可能超过一个航天器的需求，这使得它更适合更大的行星前哨站。千功率也将用于驱动宇宙飞船，主要是为离子发动机提供能量，但是美国宇航局还没有决定使用这项技术。

自2012年以来，人们已经开发了千功率，但其效果远远超过了美国宇航局在20世纪60年代的辅助核能系统项目(SNAP)。SNAP开发了两个核能系统，一个是放射性同位素热电发电机(RTG)，它可以从放射性衰变中获取能量，提供热能和电能。数十艘深空飞船已经使用了RTG系统，包括火星上的好奇号探测器和探索太阳系外矮行星的新视野冥王星探测器。

SNAP项目的另一个动力系统是裂变反应堆系统，它通过原子分裂产生能量。这项技术与核潜艇使用的动力系统相同。美国宇航局在1965年4月发射了一座名为SNAP-10A的核电站。核电站运行了43天，在故障前产生了500瓦的电力。它现在还在地球轨道上，现在已经变成了太空垃圾。

在20世纪60年代和70年代，美国航天局还在火箭核动力应用项目中研究了核动力火箭的推进技术。这项技术利用核反应堆通过喷嘴加热氢气和废气，类似于传统火箭燃烧燃料产生的推力。但是这个项目在1973年结束了。

根据世界核能委员会，俄罗斯已经向太空发射了30多个裂变反应堆。1973年，美国总统尼克松取消了美国宇航局的核动力推进技术研究后，俄罗斯也放弃了自己的计划。布鲁诺说:“所有的研究都在1973年停止。到2018年，大多数参与该项目的人要么退休，要么死去。尽管我们还有一份报告，但报告不会说，研究人员会说。”

这项研究于2012年解冻。美国国家航空航天局和美国能源部对千动力的前身(达夫实验)进行了初步测试，产生了24瓦的电能。达夫使用热管冷却反应堆，并首次演示了斯特林发动机将反应堆热量转化为电能的应用。在达夫试验之后，美国宇航局授权启动千动力项目，该项目在2014年首次获得研究经费。

美国国家航空航天局和美国能源部最近一次千瓦时测试始于2017年11月，并将持续到今年3月。在测试过程中，千功率反应堆在全功率下测试28小时，然后关闭并冷却。马克·吉布森是美国宇航局格伦研究中心千功率项目的总工程师，他说该反应堆在800摄氏度下运行，产生超过4千瓦的电能。

美国国家航空航天局和美国能源部表示，千瓦时反应堆比以前的版本更安全，因为它运行方式不同。借助硼控制棒和铍反射器，裂变链式反应可以被控制甚至停止。美国能源部洛斯阿尔马斯国家实验室的帕特里克·麦克卢尔负责千功率项目，他说，“如果一个反应堆或火箭在发射台爆炸，堆芯中的铀235不会对一公里以外的人产生比自然环境更多的辐射。这只是最糟糕的计划。我们认为，一旦发生发射事故，反应堆不会发生故障。”

洛斯阿尔马斯国家实验室的首席反应堆设计师大卫·波斯顿说，类似的反应堆可以为离子推进器提供电力，从而为航天器提供飞行动力。但布鲁诺认为，引发裂变链式反应所需的原材料数量可能意味着反应堆太大太重，无法在实践中使用。美国宇航局提出了一个全新的铀核热机概念，类似于目前化学燃料火箭中使用的技术。然而，2017年8月启动的核热推进系统项目并没有取得与千动力相同的进展。

大多数核动力航天器使用RTG系统通过收集钚衰变产生的热量来发电。然而，RTG的能源效率极低。此外，二氧化钚原材料短缺。经过30年的间隔，美国能源部在2015年恢复了钚238的生产，但美国目前的库存仅够为美国宇航局的2020火星探测器提供动力，并且可能能够支持一两次潜在的外太阳系任务。

千瓦时可以用作替代品，但是*官员和专家都认为这是非常可能的。吉布森说:“从能源的角度来看，我们从RTG项目开始。我们希望这个项目能让我们实现更多的用途，比如深空探测，所以你需要几千瓦的电力供应。”换句话说，人类在月球或火星上的活动需要的能量是单个千功率反应堆的10到100倍。但波斯顿说，反应堆的标准化设计可以很容易地扩大规模，以满足这些需求。

布鲁诺补充道，千功率反应堆是建造可用于太空的核电站的重要一步。下一步可能是在太空测试反应堆。美国宇航局尚未批准这样一个项目，但在本月早些时候的新闻发布会上，路透社表示，他将致力于在未来18个月内如何进行这样一次试飞。一种可能性是使用月球着陆器来运输一个小型千功率反应堆，这可能是美国宇航局在最近的月球探测任务中开发的。

波斯顿说:“成功的地面试验对未来人类太空探索阶段具有重要意义。我们已经证实，这一技术概念现在已经可以用于美国航天局。对我来说，最令人兴奋的是它的潜在应用。从真正意义上说，这是我们在太空裂变能技术研究领域迈出的第一步。”