为了上火星,NASA测试了一款新型核裂变反应堆

作者:李彤馨/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-05-09

这将为未来的太空探索提供动力。

为了上火星,NASA测试了一款新型核裂变反应堆

展望未来的载人太空探索,NASA和其它太空机构很清楚,那需要满足某些技术要求。

不仅需要新一代运载火箭和太空舱(如航天发射系统SLS和猎户座飞船),还需要新形式的能源生产,以确保在月球、火星和太阳系其它地方的长期任务能够正常进行。

能够解决这些问题的可能性之一就是小型核反应堆Kilopower,一个轻量级的裂变电力系统,可以为机器探索任务、基地和勘探任务提供动力。

NASA和NNSA(国家核安全管理局)合作,最近成功展示了一种新的核反应堆电力系统,该系统可以确保航天器执行月球、火星或更远地方的相关任务。

5月2日,NASA的格伦研究中心在最近的一次新闻发布会上公布了Kilopower这项技术。根据NASA的说法,这个电力系统能够产生高达10千瓦的电力,足以满足许多家庭连续使用10年,或者是使航天器到达月球或火星上的一个前站。

NASA太空技术任务理事会(STMD)代理副署长Jim Reuter在NASA的一份新闻稿中解释道:

“安全、高效和充足的能源将是未来机器和人类探索的关键。我预计Kilopower项目将成为月球和火星动力架构的重要组成部分。”该动力系统的原型采用了一个小型的固态铀-235反应堆芯和被动钠热管,将反应堆热量转移到高效的斯特灵发动机上,从而使热能转化为电能。

这一电力系统非常适合像月球这样的地方,因为月球上的夜晚相当于地球上的14天,在那里使用太阳能发电难度很高。

此外,许多月球探测计划包括了月球南极的永久阴影区如沙克莱顿陨石坑,或是在稳定的地下熔岩管道中建造前哨站。

在火星上,阳光更充足,但受制于其昼夜循环和天气(如沙尘暴)。

因此,这项技术可以确保稳定的电力供应,而不是依赖于像阳光这样的间歇性光源。Marc Gibson是Glenn的首席Kilopower工程师,他表示:

“Kilopower让我们有能力完成更高级别的任务,并探索月球那些被阴影遮盖的陨石坑。当我们开始把宇航员送上月球和其它星球的时候,便需要一种全所未有的新能量来支撑任务的执行。”

Kilopower实验于2017年11月至3月在NNSA的内华达国家安全网站(NNSS)进行。

除了证明该系统可以通过裂变产生电能之外,实验的目的还在于表明它在任何环境下都是稳定和安全的。

为此,Kilopower团队进行了四个阶段的实验。

前两个阶段是在没有电力的情况下进行的,确认系统中的每个组件都运行正常。

在第三阶段,团队增加了功率将核心逐渐加热,其中包括28小时的全功率试运行。实验的第三阶段模拟了一个任务执行的所有阶段过程,包括一个反应堆启动、提升到最高功率、稳定运行以及最终的关闭。

在整个实验过程中,团队模拟了各种系统故障,以确保系统能够持续工作——包括断电、引擎失灵和热管失效。在整个过程中,KRUSTY电机一直在提供电力,这证明它可以承受任何一项太空探索任务。

正如Gibson所说:

“我们让这个系统完成整个流程。我们对反应堆有良好的了解基础,这个测试证明了该系统是按照我们设计的方式工作的。不管我们把它暴露在什么环境下,反应堆都运行良好。”

展望未来,Kilopower项目仍将是NASA的Game Changing Development项目的一部分。

作为STMD的一部分,该项目的目标是推进空间技术,这可能会为该机构未来的太空任务带来全新的方法。最终,该团队希望到2020年实现向技术演示任务(TDM)的过渡。

如果一切顺利,KRUSTY反应堆将会允许人类在月球和火星上永久停留。它还可以向依靠就地资源取给(ISRU)的任务提供帮助,从当地的水冰来源生产联氨燃料,并使用当地的土石来建造材料。

基本上,当机器人任务到达到月球表层土壤上的3D印刷基地,宇航员开始定期前往月球进行研究和实验,而KRUSTY反应堆就能为他们提供所有的电力需求。

在未来的几十年里,火星、甚至在太阳系外的其它位置也是如此。

这个反应堆系统也可以为依赖于核热或核动力推进的火箭铺平道路,使其前往地球以外的任务更快、更划算!


        蝌蚪五线谱编译自sciencealert,译者 李彤馨,转载须授权 

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