今年早些時候，美國能源部(DOE)向三家公司授予了三份合同，每份合同價值約為500萬美元，以獲得可部署到月球的核裂變表面動力系統(tǒng)的設(shè)計方案。根據(jù)美國國家航空航天局的說法，這樣的技術(shù)可以在本世紀(jì)末部署到月球。

能源部合同所授予的資金將用于開發(fā)一個40千瓦的裂變動力系統(tǒng)的初步設(shè)計概念，該系統(tǒng)應(yīng)能在月球的惡劣環(huán)境中至少持續(xù)10年。洛克希德-馬丁公司、西屋公司和IX公司是被選中的合同公司，這三家公司都將與其他公司合作進行設(shè)計開發(fā)。

由于核裂變系統(tǒng)相對較小且重量輕，它們是月球環(huán)境的理想選擇。它們也可以可靠地發(fā)電，而不依賴于地點、可用的陽光和其他自然條件。如果這種技術(shù)被成功開發(fā)和部署，可以為前往月球、火星和其他地方的長期任務(wù)鋪平道路。

美國國家航空航天局格倫研究中心的裂變表面電源項目經(jīng)理托菲爾就相關(guān)問題與媒體進行了互動。

地球上的核反應(yīng)堆通常被放置在大型安全殼建筑內(nèi)，但對月球上反應(yīng)堆的描述似乎沒有這樣的結(jié)構(gòu)。這其中的原因是什么?

托菲爾：月球上的反應(yīng)堆確實有安全殼，但它比陸地上的反應(yīng)堆所需要的要小得多。一個典型的陸地核反應(yīng)堆可產(chǎn)生1000兆瓦的能量，而月球反應(yīng)堆將產(chǎn)生40千瓦，或0.04兆瓦。由于月球反應(yīng)堆包含的核材料要少得多，其結(jié)構(gòu)(包括安全殼和屏蔽)要比典型的地球反應(yīng)堆所需的結(jié)構(gòu)小得多。

安全是美國宇航局在地球上和太空中開展的每項活動的核心原則，安全被納入空間核動力系統(tǒng)的設(shè)計、測試、制造和運行的每個階段。月球系統(tǒng)設(shè)計將提供與適用于地面系統(tǒng)相同的保護和安全標(biāo)準(zhǔn)。

在這樣的反應(yīng)堆被部署到月球之前，需要克服的最大挑戰(zhàn)是什么?

托菲爾：一個挑戰(zhàn)是，向月球的發(fā)射和上升包括強烈的振動和沖擊，因為火箭級在燃燒其燃料后分離。一個空間反應(yīng)器必須有一個堅固耐用的結(jié)構(gòu)、電子器件、通信設(shè)備和電力轉(zhuǎn)換設(shè)備的設(shè)計，以便在發(fā)射環(huán)境中生存。在月球表面運行的另一個挑戰(zhàn)是拒絕反應(yīng)堆產(chǎn)生的動力處理熱量。像地球上使用的水或空氣冷卻系統(tǒng)在月球上是不可能的。

相反，NASA將需要熱輻射器，通過將廢熱排入太空來冷卻反應(yīng)堆。這與國際空間站上用于管理熱量的過程相同。最后，另一個挑戰(zhàn)是在離地球25萬英里的地方操作發(fā)電廠，必須開發(fā)和測試自主控制系統(tǒng)，以確保安全運行和故障檢測。所有這些挑戰(zhàn)都是可以解決的，并將通過詳細的設(shè)計和測試活動予以克服。

與地球上的核泄漏相比，在太空中處理核泄漏的難度會大多少?

托菲爾：這種情況發(fā)生的可能性極小。安全分析將包括所有方面，包括系統(tǒng)的正常和非正常運行階段。美國宇航局非常重視安全問題，安全問題被整合到空間核動力系統(tǒng)的設(shè)計、測試、制造和運行的每個階段。

這包括電力系統(tǒng)內(nèi)的幾層保護功能，以最大限度地減少運行期間發(fā)生故障的可能性，以及一旦發(fā)生故障的備用安全控制。例如，月球表面裂變動力系統(tǒng)將有冗余的控制措施，以檢測故障并在其運行變得關(guān)鍵之前關(guān)閉反應(yīng)堆。控制子系統(tǒng)將有主動和被動的措施，以確保反應(yīng)堆核心可以恢復(fù)到亞臨界狀態(tài)，并確保反應(yīng)堆燃料始終在穩(wěn)定的溫度下運行。

月球上波動的環(huán)境溫度將對這種反應(yīng)堆的工作產(chǎn)生什么影響?

托菲爾：系統(tǒng)熱管理設(shè)計考慮到了月球表面環(huán)境溫度的波動。散熱板被用來在整個操作溫度范圍內(nèi)將廢熱排入太空。熱輻射板的尺寸將被設(shè)計成能夠處理最極端的月球條件。