中国核动力航天器研发计划正进行应用最后准备

作为中国航天领域下一个需要大力突破的领域，核动力航天器的成败可能会影响中国在未来空间探索中的地位。

吴明/北京，《东望周刊》记者

根据2014年中俄之间的一系列频繁交流，以及在乌克兰等地缘政治争端背景下，俄罗斯战略与技术分析中心(center for strategic and technology analysis)的专家瓦西里·卡申(vassili kashin)最近发表了一篇文章，称中俄技术合作可能会出现新的层面和视角，涉及更敏感的领域，如核潜艇的设计和建造，甚至“中国感兴趣的航天器核反应堆技术”。

关键词“核动力宇宙飞船”显示了中国人民更雄心勃勃的太空探索计划。

中国空间技术研究院研究员、嫦娥三号的首席设计师孙泽洲告诉《东方展望周刊》:“从技术发展的角度来看，如果仅仅依靠太阳能探测距离太阳较远的行星(如木星)是不现实的，那么对空间核能应用的需求将会更大。”

自20世纪70年代以来，中国的核动力航天器研发项目已经进行了30多年。现在，它正在为申请做最后的准备。

中国需要核动力航天器

2013年12月早些时候发射的嫦娥三号没有像之前预期的那样使用核电池。

孙泽洲说，在嫦娥三号的演示过程中，也对是否使用核电池进行了详细的分析和演示，但最终没有使用，“只使用了同位素热源，即核热源”

所谓的核电池也叫“放射性同位素电池”。它主要是通过半导体传感器将衰变过程中同位素不断释放的热能转化为电能。热源只提供热能。

核能电池体积小，硬币的效率比普通化学电池高出数百万倍。自20世纪60年代以来，美国一直在“阿波罗”和其他项目中使用核电池。好奇号上的核电池于2012年抵达火星，据说可以使用14年。

2004年，中国原子能科学研究院正式启动了空间用同位素电池的研发。2006年，中国开发了第一个同位素电池。

然而，与真正的太空核反应堆相比，核电池在技术和应用方面都比较成熟。

目前，关于中国空间核反应堆研发最权威的消息来自国家能源局节能科技装备司，2009年:中国从20世纪70年代开始研究空间核反应堆，之后暂停了一段时间。

“九五”期间，空间核反应堆研究被纳入总装备部初步研究项目，该项目由原子能研究所和空间技术研究所共同承担，完成了空间核反应堆的概念设计。

自第十个五年计划以来，中国已经开始初步设计空间核反应堆，并解决关键技术问题。他们在设计技术、制造技术、测试技术和安全研究方面取得了一定的突破。目前，该项目正处于从技术设计到施工设计的过渡阶段，设备和部件的开发以及单独测试正在进行中。

当时宣布的计划是“2015年完成地面试验，2020年完成设计，2025年启动100千瓦核反应堆试验”，进行在轨演示和验证，掌握超高功率空间核反应堆的供电技术。

2013年12月，作为一项公开的科研成果，中国航天科技研究院502研究所与北京航天飞行器总体设计部联合发起的“863”项目“核动力航天器总体技术与安全性研究”成功完成了“空间大功率核动力推进方案”的研究工作。

该研究小组提出了火星载人飞船核动力系统计划，并设计和优化了核动力飞船在火星上的起飞和着陆。

孙泽洲说，中国现在已经完全具备了火星探测能力，包括发射能力、测量和控制能力等。

他进一步分析说，即将成功开发的“长征五号”能够胜任近地小行星金星和木星的轨道探测。它可以支持火星的无人着陆探测，但是为了火星的取样返回，它需要一个运载能力比“长征五号”更大的火箭。

孙泽洲认为，国会将有计划在未来15年探索木星。在未来10年，对核能和空间技术的需求将变得更加迫切。

同时，他强调空间核应用的安全应放在首位。"一旦发射任务出现问题，确保没有核泄漏."

中国科学院院士、核科学技术专家陈达也认为，空间核应用的安全性非常重要。"苏联的核飞船曾经坠落，人们遭受痛苦."他告诉《东方展望周刊》。

许多难题仍有待解决。

美国和苏联的核动力航天器发生过多次事故，特别是苏联的核动力卫星“宇宙-954”和“宇宙-1402”的核反应堆在脱离母体后，由于助推级故障，未能把反应堆送入预定轨道。

1978年1月24日，“宇宙-954”号的放射性碎片散落在加拿大北部无人居住的苔原上。放射性物质污染了地球表面。加拿大*估计损失为1200万美元。

载有核动力装置的苏联雷达侦察卫星“宇宙-1402”于1982年12月28日失去控制，但幸运的是，核动力装置后来在进入南大西洋中部阿森松岛西南的密集层时被烧毁。

陈达说:“世界上一些国家正在进行空间核能应用的研究。这也不是一帆风顺的。这相当复杂。”

空间核反应堆带来的主要问题反映在核反应和核辐射对航天器启动、调节和制动的影响上。

特别是对于未来的核动力航天器，有必要解决核反应堆设计、制造、控制、冷却、辐射屏蔽、排气污染、高效热电转换等一系列技术问题。

特别是，核反应堆产生的辐射对宇航员的健康构成巨大威胁，这要求航天器屏蔽核辐射，以确保宇航员和船上的货物不受辐射和反应堆高热的影响，但这将大大增加探测器的重量。

陈达说，在空间核应用过程中，核反应衰变没有问题，但在真空和超低温环境中，对核反应材料和能量传输材料有很高的要求。

中国几十年来一直在进行核能研究，为空间核动力研究奠定了良好的基础。“空间核动力应用比地面上的应用复杂得多，问题是多方面的，主要包括材料问题、技术问题、转换方法、新形成的问题等。具体表现是，例如，如何将核能转化为电能。”他说。

孙泽洲认为，在实际应用方面，核能效率和散热将面临巨大挑战。核反应冷却在地面上相对容易解决，空间核反应堆面临现实的冷却问题。

然而，中国工程院院士、嫦娥一号系统总指挥兼总设计师叶培建认为，空间核动力的研究、开发和利用存在许多困难。

“核能可以在地面上使用，而不考虑体积、能量消耗，冷却更容易。太空中的各种条件都是有限的。因此，在空间使用核能时，必须克服空间带来的一些问题，如核元件的体积和功耗。我们需要找到从地下获取核能的不同方法。”叶培建告诉本报，中国空间技术研究院的相关研究小组正在研究这个问题。

中国科学院院士、导弹总体设计专家刘宝勇对《瞭望东方周刊》表示，空间核动力应用的困难“在于核动力发动机的发展”。

然而，叶培建认为，空间核动力应用是中国必须做的研究方向。“首先，未来更深的太空探索，太阳不能发挥作用，要靠核能；其次，在低地球轨道发射高功率火箭依赖于核能。(原标题:中国核动力宇宙飞船进展中)