美国NASA计划启动月面反应堆电源项目

　　导
　　语
　　近期，美国家航空航天局（NASA）和能源部公布了月面反应堆电源项目的方案征集信息，计划2022年启动项目，2028年底完成地面样机和飞行样机研制。月面反应堆电源将为载人登月任务的月球表面基地提供能源支持，大幅提升宇航员在月球表面开展任务的能力，实现人类在月球表面的长期驻留。
　　一、项目背景
　　研制月面反应堆电源，是美国近年来力推载人登月背景下的一项重大举措。1969年 1972年，美国完成6次载人登月，此后，载人航天活动仅停留在国际空间站。21世纪初以来，美国每届政府都申明了载人登上月球、火星的远景目标。特朗普政府启动了＂阿尔忒弥斯＂计划，确定2024年为首次登月时间，还计划后续在月球建立基础设施，实现宇航员在月球表面长期作业，为未来载人火星任务做技术储备。
　　在月球、火星表面，因月夜、火星尘暴等因素，太阳能电池运行连续性受到严重限制，难以可靠支持宇航员长时间停留。在过去十多年的载人探月、探火规划中，美国一直将反应堆电源作为月球、火星等星体表面基地能源供应的首选，确定电源功率40千瓦。＂阿尔忒弥斯＂计划启动后，2019年，NASA决定将在2026年运行月面反应堆电源。时任总统特朗普2020年12月16日签署《有关太空核电源与核推进的国家战略总统备忘录》，将月面反应堆电源列为太空核系统的四项发展目标之一，示范运行时间调整到2027年。
　　二、基本情况
　　NASA和能源部此次向工业界发布方案征集信息，表明月面反应堆电源项目即将从筹备阶段进入实质性研发阶段，根据目前计划可在本世纪20年代末期发射。
　　设计目标。反应堆电源设计功率为40千瓦，可在月球环境下连续运行至少10年，能耐受发射和着陆的结构负荷；折叠后可装入直径4米、长6米的圆柱体空间内，总质量不超过6吨；可多次自动启动和关闭；可支持0 100%功率范围的用户负载，单点故障最小化并在发生故障后至少提供5千瓦电力输出；可在着陆器上运行或移动到其他地点运行。
　　实施计划。项目计划分两阶段进行：第一阶段开展研制方案规划和工程设计。NASA将在2022年初选择多家企业开展为期1年的工作，完成月面反应堆电源工程设计，详细拟定地面样机和飞行样机的研制计划。第二阶段开展地面样机和飞行样机研制。NASA将在第一阶段完成后再次通过方案征集，选择具有技术、价格优势的最佳企业，在2028年12月以前交付一台地面样机和一台经过鉴定的飞行样机。
　　三、研发意义
　　月面反应堆电源一旦研制成功，将成为太空能源应用的巨大突破，保障月球表面基地的长期可靠能源供应，支持宇航员在月球表面更长时间的深度探索，推动太空反应堆电源技术进一步发展。
　　（一）将是太空能源应用的一次巨大突破
　　核能用于太空领域，较太阳能、化学能等常规能源，具有不受太阳光照影响、能量密度高、使用寿期长等优势。美国使用太空核能装置始于1961年，但主要限于输出功率较小的放射性同位素电源，至今已在28个航天器装备了47个电源，输出功率都不超过几百瓦，保障了深空探测、火星和月球表面探测、人造卫星运行等任务，是美国太空探测的核心技术之一。
　　太空核反应堆电源可实现千瓦以上乃至兆瓦级的功率输出。美国在开发太空核反应堆电源方面经验丰富，但实际仅在1965年发射一次。该电源搭载在一颗人造卫星上，电功率仅有500瓦，运行了43天。此次研制月面反应堆电源，将是世界上首次将数十千瓦的核能装置用于太空领域，通过提升太空能源供应的功率水平、可靠性和持续性，开辟一系列全新的太空作业类型，占领新的太空技术制高点，推动人类进入持久开发和利用深空的新时代。
　　（二）将支持人类在月球表面长期驻留
　　美国上世纪的载人登月持续时间短、活动范围有限，在太空的持久驻留仅限于空间站上。＂阿尔忒弥斯＂计划下研制的月面反应堆电源，将成为美国月球表面基地的主要能源来源，可实现长时间可靠供电，保障月球表面的基础设施稳定运行。在电力有保障的前提下，结合发展就地资源利用技术，利用月球表面资源生产燃料、水、氧气、推进剂等，降低对地球补给的依赖，可让宇航员在月球表面居住、工作数月乃至数年，并利用车辆、可移动的居住平台、跳跃移动装置等，扩大开展作业的范围。
　　（三）将为更先进的太空反应堆电源奠定基础
　　更先进的太空反应堆电源将达到百千瓦至兆瓦以上的供电功率，用于星表基地，可支持更高水平的星体表面作业能力；用于航天器，可支持更先进载荷并实现核动力推进。但更大功率反应堆电源从研制到实现应用，需要克服大量技术挑战，尤其是需要解决高温运行的反应堆燃料、大功率和高效率能量转换、轻型热排放等关键技术。
　　月面反应堆电源作为美国近几十年来首个太空中运行的反应堆，将推动一系列关键技术首次实现应用，打通太空核反应堆发射、部署、运行、维护的全流程，并建立相关测试、制造能力，巩固相关研发生产供应链，为后续开发更大功率、更多用途的各种太空核反应堆电源奠定基础。
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　　来源 | 综合网站
　　图片 | 互联网
　　作者 | 许春阳 中核战略规划研究总院
　　编辑 | 赵霄
　　注：原文来源网络，文中观点不代表本公众号立场，相关建议仅供参考。
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