美国新型火星核反应堆可在2022年前升空 能连续供电15年

美国能源部是一个神奇般的存在,从上世纪50年代的原子试验,到60年代的激光武器,再到后来的人造太阳,凡是和未来能源有关的项目他们都会掺一腿。2015年来,由NASA和能源部合作的新一代核反应堆取得了突飞猛进的发展,但该反应堆并不准备用在地球上,而是用在太空中,而据能源部的消息,2022年前他们就可以做好飞行的准备。

未来火星基地上的核反应堆

什么是火星前哨反应堆Kilopower

过去几十年来,核能一直在为航天器提供动力。50年前的旅行者号、后来的新视野号以及现在的好奇号,都使用了以钚-238为燃料的放射性同位素热电机(RTG)。但RTG通过钚元素的衰变转变产生的热量转变为热能,这种方式的效率低的感人,大约只有7%的热量转化为了电能。而名为Kilopower的新型核反应堆项目,使用U235作为燃料,在地面试验时能将30%的裂变热量转变为电能。

Kilopower反应堆细节

Kilopower顾名思义就是“千瓦级功率”的意思,这种新型的核反应堆能够稳定的输出千瓦级的电能,并持续至少10至15年。反应堆最小可以输出1千瓦的电能,最高可以提升到10千瓦。尽管该新型反应堆尚未经受太空的考验,但美国能源部Kilopower的项目主管帕特里克·麦克卢尔表示,如有需要他们可以在3年内做好准备,并且3年是一个非常可行的概念,尽管这不代表NASA的意思。

千瓦级反应堆是殖民火星的必需品

千瓦级反应堆的目标是在于从月球到火星,特别是未来人类探索火星时设立的长期考察站和栖息地,都需要足够的能源供给。麦克卢尔说,“一个有人工作的火星前哨站所需要的电力消耗是非常高的,即便是美国2030年代设想的小型研究站也需要40千瓦24小时不间断的电力供应,毕竟他们需要使用电力净化饮用水、从火星大气中制取氧气、给火星车充电以及控制考察站的温度等等”。

Kilopower反应堆火星供电想象图

因此人类在探索火星时需要一种更高效的能源策略,而不是传统的太阳能或者钚元素热电机。这时Kilopower就有了用武之地。与地球上现有的核电站一样,Kilopower也是一个裂变反应堆。与常规核电站热能推动涡轮产生电力不同,Kilopower采用一种被称为斯特林发动机的装置使原子裂变产生的热能转变为电力。

Kilopower反应堆千瓦级电力输出地面测试成功

2018年3月,首个使用斯特林技术的Kilopower反应堆成功运行,使用28千克U235燃料的反应堆全功率运行并持续输出了5.5千瓦的电力,这是美国自1965年以来首次太空反应堆进行地面测试。本次测试对产生的热量、原材料和元器件等进行了验证,对发动机关停、裂变调节杆、热循环系统和紧急停止系统也进行了测试,这次测试被认为是一次非常成功的演示。

2018年 首台Kilopower反应堆测试成功

按每台反应堆10千万功率,并可以连续工作15年来算,人类在火星初期的4至6人编队只需要4台反应堆就可以满足其电力需求。保险起见还可以部署第五台反应堆用于备份,以应对一些特殊情况。10千瓦功率的反应堆高度只有3.4米,体积不超过一个标准垃圾桶的大小。但由于考虑到需要屏蔽核辐射,因此每台设备外加防护措施将重达2吨。如果未来将其埋进火星的土壤中,则可以去掉防护措施从而减重到1.5吨。

Kilopower反应堆非常安全 月球、火星、飞船都能用

当然Kilopower反应堆是非常安全的,它的燃料堆芯只有一卷手纸那么大,而用于吸收中子的碳棒也是绝对的可靠 。这些设备在进入深空前都处于关闭状态,即便是高速砸向地球也不会产生辐射污染。当然Kilopower的用武之地不全在火星,略经改造就可以用在月球上甚至是深空飞船上。

新型反应堆用途广泛 火星车上也可以

由于只有三成热量转化为电能,剩余的热量必须通过散热器进行散热,因此技术人员在Kilopower顶部设计了一个类似于沙滩伞的蘑菇头散热装置,放置在火星上也会是一处美丽的风景。而美国能源部正在准备一项月球任务,一个月球着陆器将携带Kilopower反应堆前往月球北极进行试验,尽管这与NASA准备派人前往月球南极有些背道而驰,但能源部表示如果NASA需要,他们完全可以配合其重返月球任务。

“Kilopower的应用将是一个里程碑,尽管他不是创新性的技术,但却是人类未来征服火星必不可少的利器”,麦克卢尔说。

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