太空计划:移民火星不是梦,美国宇航局小型核反应堆研究取得重大突破
发布时间:2021-05-18
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太空计划:移民火星不是梦,美国宇航局小型核反应堆研究取得重大突破

人类的征程必将是星辰大海

目前的人类需要登录的下一个目标就是火星了。当人类登陆火星以后,如何在火星上表面足够的能量来维持生产空气和水、提供栖息地和其他设备的电力,就成了关键的问题。

太阳能发电当然是一种选择,但火星上日照量为地球上的三分之一,仅限于一些有足够的阳光照射的地区,才能正常的发电,而且火星的风暴很多,我们在电影《火星救援》都有所领教。

移民火星不是梦,美国宇航局小型核反应堆研究取得重大突破

核电池是另一种选择,在科幻电影《火星救援》中,就展示了核电池的应用,马特呆萌为了避免在零下几十度的夜晚被冻死,他就挖出了核电池,放在车上取暖使用。

这种核电池在太空的应用情景不是科幻,而是现实技术,例如美国好奇号火星探测器使用的就是该类核电池,它的全名是放射性同位素热电发电机(radioisotope thermoelectric generators,RTGs),主要由放射性元素如钚的自然衰变释放热量。好奇号上配置的RTG电池重量在40公斤左右,能够提供约125瓦特的能量,这比微波炉所需的能量还要低些。所以目前的核电池能量还是太小,随着放射性钚衰变,功率水平也会下降。

那么人类火星基地将如何利用能量?

首先NASA的科学家通过计算机模拟发现,在火星上的初始探险和生存,人类需要一个能产生大约40千瓦功率的能源供给系统,这相当于目前地球上8座房子的能源需求。

近日,NASA宣布了小型核裂变反应堆的成功研制和测试,这项长达三年的研究计划,研制出了名为Kilopower的小型反应堆,它通过铀原子裂变来产生热量,围绕反应堆堆芯的热管再将把热量传递给斯特林发动机,将热量转化为电能。这比地面上传统反应堆的水冷式反应堆,小型化了许多,效率也明显提高。

移民火星不是梦,美国宇航局小型核反应堆研究取得重大突破

Kilopower迷你核反应堆,重约1吨左右。可以持续提供大约10年的10千瓦电力,NASA采用4台组合的方式,基本可以满足在宇航员在月球,以及火星上的生活和探险工作的能源需要。而4台组合目前的设计重量在5吨左右,也是运载火箭完全可以承受。

移民火星不是梦,美国宇航局小型核反应堆研究取得重大突破

和美国目标直指火星一样,我们中国也将目光投向了月球和火星,在嫦娥登月计划中,的月球车上搭载了国产的核电池,用来维持系统热量,和地面通讯。国产核电池各种指标和美国好奇号相当。今年下半年嫦娥四号会发射登月,我们就能看到中国的月球车在神秘的月球背面漫步。

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