火星探测核动力系统（NASA研制出一种新型的核反应堆）

项目组成员说，一种新型的核反应堆可以为月球和火星上的人员前哨提供动力，几年之后就可以进行首次太空试验。

飞行测试是Kilopower实验性裂变反应堆的下一个重要步骤，该反应堆通过了一系列关键的地面测试。

美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室(DOE) Kilopower项目负责人帕特里克·麦克卢尔(Patrick McClure)表示，目前还没有关于地球外演示的计划，但如果需要的话，Kilopower应该准备好在2022年左右投入使用。

“我认为我们可以在三年内做到这一点，并为飞行做好准备，”麦克卢尔在与美国宇航局未来太空行动工作组的一次演示中说。

图解: 艺术家用四个10千瓦的单位描绘了火星表面的裂变动力系统。图片来源：美国宇航局

“我认为三年是一个非常可行的时间框架，”他补充说，并强调这是他的观点，不一定是NASA的观点，NASA正在与能源部一起开发Kilopower项目，太空中的另一种核能。

NASA的旅行者1号和旅行者2号探测器、新地平线号宇宙飞船、好奇号火星探测车以及其他许多机器人探测车，都使用放射性同位素热电发生器(RTGs)，将钚238放射性衰变释放的热量转化为电能。

太空中不同类型的核能

RTGs的输出功率相对较低。例如，好奇号和美国宇航局即将推出的火星2020探测车所使用的探测车，在任务开始时能产生约110瓦的电力。(这种产出会随着时间慢慢下降。)

麦克卢尔说，载人火星前哨站对能源的需求将大大高于此:即使是NASA计划在本世纪30年代末建成的小型研究站，也需要40千瓦的持续可用电力。

毕竟，先驱者们需要电力来净化他们的水源，从二氧化碳为主的火星大气中产生氧气，给他们的漫游者充电，加热他们的栖息地等等。

因此，人类对火星的探索将需要一种不同的能源生产策略。这就是Kilopower的用武之地。

就像设计用于留在地球上的核电站一样，Kilopower也是一个裂变反应堆。它通过斯特灵发动机将原子分裂产生的热量转化为电能。(相比之下，核电站通常使用这种热量来产生涡轮转动蒸汽。)

麦克卢尔说，在结束地面测试系列中，这个名为“克拉斯蒂”(KRUSTY，使用斯特林技术的Kilopower反应堆)的反应堆将30%的裂变热转化为电能。

这种效率使RTGs相形见绌，RTGs可以转换大约7%的可用热量。

麦克卢尔说:“这是一次非常成功的测试。

Kilopower项目正式启动以来，他们的建筑师在通过一个名为“使用平顶裂缝(DUFF)进行演示”的实验中证明了这个基本概念。是的，《辛普森一家》的粉丝们，Kilopower家族是你们的人:达夫和克劳斯提是这部标志性动画电视节目的参考。

去火星？

正如其名所示，Kilopower反应堆的设计目标是产生至少1千瓦的电力(1千瓦时)。麦克卢尔说，它的产量可扩大到10公里左右，并可运行约15年。

因此，四个扩大的Kilopower反应堆可以满足美国宇航局探索者的能源需求，第五个反应堆可能着陆提供备用。这些设备比你想象的要小。整个10-kWe反应堆只有3.4米(11英尺)高，反应堆部件的大小相当于一个老式金属垃圾桶。麦克卢尔说，如果没有任何防护措施，单是反应堆核心就有一卷纸巾那么大。

尽管如此，这些碎片还是很重。有了屏蔽，整个10-kWe反应堆可能重约2,000公斤(4,400磅)。麦克卢尔说，如果反应堆被埋在地下，其中一些物质可以减少，因此不需要那么多的宇航员防护屏蔽。(如果没有屏蔽，10-kWe反应堆的重量约为3300磅(合1500公斤)。)

他强调，Kilopower反应堆将非常安全。这些设备在到达深空之前不会打开，所以即使反应堆的火箭撞回地球，也不会有危险的辐射暴露威胁。(顺便说一句，扳动开关并不一定总是发生在月球或火星表面;麦克卢尔说，Kilopower反应堆具有足够的灵活性，无需太多修改就能被并入深空探测器，这大大有助于电力推进。)

此外，Kilopower是自我调节的，麦克卢尔说。如果反应堆过热，它的斯特林发动机就会从铀堆芯吸收更多的热量。如果温度下降太多，核心就会自然收缩，俘获更多的中子，导致更多的原子分裂碰撞。

顺便说一句，四座运行中的反应堆可能会让火星前哨站有一种真正度假的感觉。这些设备将需要向红色星球的空气中释放大量的“额外”热量;毕竟，30%的转换效率意味着70%的裂变热仍然存在。所以他们会配备散热器。一个突出的设计设想在反应堆顶部安装宽而圆的散热器，让它们看起来像一把沙滩伞。

快到了吗?

麦克卢尔说，克拉斯蒂结束后不久，Kilopower团队就开始调查可能的示范任务。

他说:“我们首先想到的是一个可能的月球着陆器，所以我们确实研究了一个可能的月球系统。”

麦克卢尔补充说，这一概念任务可能不会以飞行告终;它的目标是月球北极，而美国宇航局对载人探索的关注现在集中在月球南极。(作为阿尔特弥斯计划的一部分，nasa的目标是到2024年让宇航员在南极地区着陆。)但是麦克卢尔说，如果美国宇航局确实启动了太空任务，这个团队将欢迎太空任务。

“我们很兴奋，”他说。“我们期待着做一些新的事情，超越这一切。”

他补充说，Kilopower是美国在过去40年里开发的第一个真正新颖的裂变反应堆概念。将其送入太空当然是一个里程碑，但该项目不会开辟全新的领域。

毕竟，裂变反应堆已经离开了地球。美国于1965年4月在实验卫星SNAP-10A上向轨道发射了一个反应堆。(一个电气部件的故障导致反应堆在43天后关闭。)从1967年到20世纪80年代末，苏联在卫星上发射了30多个裂变反应堆。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. spaceanswers-林阿鱼afish521

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