美国宇航局正在建造核反应堆为月球和火星探索提供动力

　　在接下来的 15 年里，多个航天机构及其商业合作伙伴打算对月球和火星进行载人飞行任务。除了在这些天体上放置＂脚印和旗帜＂外，还计划建立基础设施以允许人类长期存在。为了满足这些任务要求并确保宇航员的安全，目前正在研究和开发多种技术。
　　这些技术的核心是在资源、材料和能源方面实现自给自足。为确保这些任务拥有开展运营所需的全部能量，NASA 正在开发一种裂变表面动力(FSP) 系统，该系统将提供安全、高效和可靠的电力供应。与太阳能电池、电池和燃料电池相结合，这项技术将允许在不久的将来对月球和火星进行长期任务。
　　对于 NASA 而言，拥有用于月球表面操作的裂变反应堆是Artemis 计划的重要组成部分，该计划旨在创建一个＂持续的月球探索＂计划。这意味着需要基础设施，例如月球门户（航天器将在那里停靠和补给）和地表的阿尔忒弥斯大本营，宇航员在不进行舱外活动（EVA）（即地表操作）时将在那里吃饭、锻炼和睡觉。
　　该基地将需要大量电力，以便宇航员可以使用月球自然资源为漫游车充电、进行实验以及生产水、推进剂、建筑材料和氧气——这一过程被称为原位资源利用(ISRU)。Jim Reuter 是 NASA 空间技术任务理事会 (STMD) 的副管理员，该理事会为裂变表面动力项目提供资金。
　　＂充足的能源将是未来太空探索的关键，＂他在 NASA 的一份新闻稿中说。＂我希望裂变表面动力系统极大地有益于我们的月球和火星动力架构计划，甚至推动地球上使用的创新。＂ 该概念建立在 NASA 的Kilopower项目之上，该项目旨在创建一个小型、轻型的裂变系统，该系统可以连续提供高达 10 千瓦 (kW) 的功率至少十年。
　　该项目于 2018 年 3 月结束，使用斯特林技术(KRUSTY) 演示器成功完成了Kilopower 反应堆。这个原型包括一个固体的、铸造的铀 235 反应堆核心（大约纸巾卷的大小）和被动钠热管，将缓慢裂变反应产生的热量传递给高效斯特林发动机，后者将热量转化为电能。 .
　　基于这一成功，美国宇航局此后与美国能源部(DoE) 合作 - 通过由Battelle 能源联盟运营的爱达荷国家实验室(INL) - 为 Artemis 计划开发受 Kilopower 启发的 FSP。这将以暂定于 2030 年代初进行的技术演示告终，届时原型反应堆将被送往月球，以测试其在月球条件下的能力。
　　正如托德Tofil的FSP项目经理美国宇航局格伦研究中心，解释说：
　　＂美国宇航局和美国能源部正在合作开展这一重要且具有挑战性的发展，一旦完成，将是人类对月球和火星进行长期探索的令人难以置信的一步。我们将利用政府和私营企业的独特能力，提供独立于月球位置的可靠、持续的电力。＂
　　11 月 19日，美国国家航空航天局和美国能源部向美国公司发出了一份关于裂变动力系统设计概念的征集书，该系统可以在十年内准备发射，用于在月球上进行演示。如招标文件所述，FSP 应包括＂一个铀燃料反应堆堆芯、一个功率转换系统（PCS）、一个热管理系统和一个功率管理和分配（PMAD）系统，具有提供不少于使用寿命结束时，用户界面上的持续电力为 40 千瓦。＂
　　结合传统方法，紧凑轻便的裂变反应堆被认为是为月球探索提供电力的理想选择。首先，裂变系统是可靠的，能够在遍布月球南极-艾特肯盆地的永久阴影陨石坑中连续运行。在月球之夜（持续 14 个地球日）期间，太阳能基本上不可用，因此非常需要反应堆。
　　NASA 设想的系统将提供至少 40 千瓦 (kW) 的电力，足以为地球上的 30 座房屋连续供电十年。由于该技术的成熟，核电系统也可以扩展以创建紧凑轻巧的系统。这是满足 NASA 的 Artemis 任务要求的关键，即能够从月球着陆器或月球表面漫游车的甲板上自主运行的电力系统。
　　如此配置，像 FSB 这样的系统可以提供足够的能量来维持月球基地和（在未来几十年）火星上的前哨基地。在火星上，季节性变化会导致沙尘暴，有时会变得大到足以覆盖整个星球并持续数月。在这种时候，太阳能是不可靠的，风能、电池和燃料电池只能弥补这么多。
　　这项研究的另一个好处是它将如何帮助开发依赖反应堆发电的核推进系统。其中包括核热和核电推进(NTP/NEP) 技术，可将前往火星的时间缩短至仅100 天。在这方面，美国宇航局数十年来一直在研究这项技术，取得了非常令人鼓舞的结果（例如，NERVA 反应堆）。
　　在接下来的 12 个月内，NASA 和 DOE 将选择相互竞争的美国公司来开发初始设计。这些将为明年的飞行合格裂变动力系统的最终设计和建造提供行业征集信息。这一阶段的决赛入围者将让他们的完成设计竞争登月演示任务。如果一切顺利，月球和火星的表面操作将永远不必担心灯光熄灭。
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