今年早些時(shí)候，美國(guó)能源部(DOE)向三家公司授予了三份合同，每份合同價(jià)值約為500萬(wàn)美元，以獲得可部署到月球的核裂變表面動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局的說(shuō)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(kāi)發(fā)一個(gè)40千瓦的裂變動(dòng)力系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。
由于核裂變系統(tǒng)相對(duì)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(diǎn)、可用的陽(yáng)光和其他自然條件。如果這種技術(shù)被成功開(kāi)發(fā)和部署，可以為前往月球、火星和其他地方的長(zhǎng)期任務(wù)鋪平道路。
美國(guó)國(guó)家航空航天局格倫研究中心的裂變表面電源項(xiàng)目經(jīng)理托菲爾就相關(guān)問(wèn)題與媒體進(jìn)行了互動(dòng)。
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(duì)月球上反應(yīng)堆的描述似乎沒(méi)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(shí)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(gè)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(guó)宇航局在地球上和太空中開(kāi)展的每項(xiàng)活動(dòng)的核心原則，安全被納入空間核動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試、制造和運(yùn)行的每個(gè)階段。月球系統(tǒng)設(shè)計(jì)將提供與適用于地面系統(tǒng)相同的保護(hù)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(gè)挑戰(zhàn)是，向月球的發(fā)射和上升包括強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊，因?yàn)榛鸺?jí)在燃燒其燃料后分離。一個(gè)空間反應(yīng)器必須有一個(gè)堅(jiān)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(jì)，以便在發(fā)射環(huán)境中生存。在月球表面運(yùn)行的另一個(gè)挑戰(zhàn)是拒絕反應(yīng)堆產(chǎn)生的動(dòng)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(guò)將廢熱排入太空來(lái)冷卻反應(yīng)堆。這與國(guó)際空間站上用于管理熱量的過(guò)程相同。最后，另一個(gè)挑戰(zhàn)是在離地球25萬(wàn)英里的地方操作發(fā)電廠，必須開(kāi)發(fā)和測(cè)試自主控制系統(tǒng)，以確保安全運(yùn)行和故障檢測(cè)。所有這些挑戰(zhàn)都是可以解決的，并將通過(guò)詳細(xì)的設(shè)計(jì)和測(cè)試活動(dòng)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(huì)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(yùn)行階段。美國(guó)宇航局非常重視安全問(wèn)題，安全問(wèn)題被整合到空間核動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試、制造和運(yùn)行的每個(gè)階段。
這包括電力系統(tǒng)內(nèi)的幾層保護(hù)功能，以最大限度地減少運(yùn)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(dòng)力系統(tǒng)將有冗余的控制措施，以檢測(cè)故障并在其運(yùn)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(dòng)和被動(dòng)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(yùn)行。
月球上波動(dòng)的環(huán)境溫度將對(duì)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(jì)考慮到了月球表面環(huán)境溫度的波動(dòng)。散熱板被用來(lái)在整個(gè)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(jì)成能夠處理最極端的月球條件。
能源部合同所授予的資金將用于開(kāi)發(fā)一個(gè)40千瓦的裂變動(dòng)力系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。
由于核裂變系統(tǒng)相對(duì)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(diǎn)、可用的陽(yáng)光和其他自然條件。如果這種技術(shù)被成功開(kāi)發(fā)和部署，可以為前往月球、火星和其他地方的長(zhǎng)期任務(wù)鋪平道路。
美國(guó)國(guó)家航空航天局格倫研究中心的裂變表面電源項(xiàng)目經(jīng)理托菲爾就相關(guān)問(wèn)題與媒體進(jìn)行了互動(dòng)。
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(duì)月球上反應(yīng)堆的描述似乎沒(méi)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(shí)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(gè)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(guó)宇航局在地球上和太空中開(kāi)展的每項(xiàng)活動(dòng)的核心原則，安全被納入空間核動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試、制造和運(yùn)行的每個(gè)階段。月球系統(tǒng)設(shè)計(jì)將提供與適用于地面系統(tǒng)相同的保護(hù)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(gè)挑戰(zhàn)是，向月球的發(fā)射和上升包括強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊，因?yàn)榛鸺?jí)在燃燒其燃料后分離。一個(gè)空間反應(yīng)器必須有一個(gè)堅(jiān)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(jì)，以便在發(fā)射環(huán)境中生存。在月球表面運(yùn)行的另一個(gè)挑戰(zhàn)是拒絕反應(yīng)堆產(chǎn)生的動(dòng)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(guò)將廢熱排入太空來(lái)冷卻反應(yīng)堆。這與國(guó)際空間站上用于管理熱量的過(guò)程相同。最后，另一個(gè)挑戰(zhàn)是在離地球25萬(wàn)英里的地方操作發(fā)電廠，必須開(kāi)發(fā)和測(cè)試自主控制系統(tǒng)，以確保安全運(yùn)行和故障檢測(cè)。所有這些挑戰(zhàn)都是可以解決的，并將通過(guò)詳細(xì)的設(shè)計(jì)和測(cè)試活動(dòng)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(huì)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(yùn)行階段。美國(guó)宇航局非常重視安全問(wèn)題，安全問(wèn)題被整合到空間核動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試、制造和運(yùn)行的每個(gè)階段。
這包括電力系統(tǒng)內(nèi)的幾層保護(hù)功能，以最大限度地減少運(yùn)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(dòng)力系統(tǒng)將有冗余的控制措施，以檢測(cè)故障并在其運(yùn)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(dòng)和被動(dòng)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(yùn)行。
月球上波動(dòng)的環(huán)境溫度將對(duì)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(jì)考慮到了月球表面環(huán)境溫度的波動(dòng)。散熱板被用來(lái)在整個(gè)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(jì)成能夠處理最極端的月球條件。
