太空中的核能。 原子加速脈衝

利用核能來推進太空船並將其用於未來的地外基地或定居點的想法並不新鮮。 最近它們又出現了新的浪潮，隨著它們成為大國競爭的領域，它們的實施變得更有可能。

NASA 和美國能源部已開始尋找經銷商公司 月球和火星核電廠項目。 這應該支持長期研究，甚至可能支持定居計畫。 NASA 的目標是在 2026 年之前做好發射準備。 該設施必須在地球上完全製造和組裝，然後進行安全測試。

安東尼·卡洛米諾NASA 太空技術局核子技術主任表示， 該計劃是開發一個 XNUMX 千瓦的核裂變系統，最終將被發射並放置在月球上。 (1). 它將與月球著陸器集成，並由運載火箭將其運載到月球 月球軌道. 裝載機 然後將系統帶到表面。

預計到達現場後即可立即使用，無需額外組裝或施工。 該操作是功能的演示，並將成為使用該解決方案及其衍生產品的起點。

卡洛米諾在 CNBC 上解釋道：“一旦該技術在演示過程中得到證實，未來的系統就可以擴大規模，或者可以一起使用多個設備來執行月球和可能的火星的長期任務。” 「四台機組，每台發電 10 千瓦，將提供足夠的電力 在月球或火星上建立前哨站.

利用地球裂變系統在行星表面產生大量電力的能力將允許大規模探索、人類前哨基地和就地資源利用，同時允許商業化的可能性。”

它將如何運作 核電廠？ 形式稍豐富 核燃料 意志的力量 核芯。 小的 核反應器 它將產生熱量，並將熱量轉移到能量轉換系統。 能量轉換系統將由設計用於依靠反應器熱量而不是可燃燃料運行的引擎組成。 這些引擎吸收熱量，將其轉化為電力，經過調節後分配給月球和火星表面的用戶設備。 散熱方法對於維持裝置適當的工作溫度非常重要。

核電 現在被視為唯一合理的選擇 太陽能, 風電和水力發電 不容易到達。 例如，在火星上，太陽的強度根據一年中的時間變化很大，週期性的沙塵暴可能會持續數月。

在月球上 涼月 夜晚持續 14 天，兩極附近的陽光變化很大，而在永久陰影的隕石坑中則沒有陽光。 在如此困難的條件下，從陽光中獲取能量很困難，而且燃料供應也有限。 表面裂變能提供了一種輕質、可靠且高效的解決方案。

不像 地面反應爐無意移除或更換燃料。 還計劃在 10 年任務結束時安全地退役該站點。 卡洛米諾解釋說：“在其使用壽命結束時，系統將關閉，輻射水平將逐漸降低至人類進入和操作安全的水平。” “廢物系統可以轉移到遠端儲存位置，不會危及船員或環境。”

小型、輕量但高效的反應堆，需求量大

隨著太空探索的進展，我們已經做得很好了 核能生產系統 小範圍內。 長期以來，此類系統一直為前往太陽系深處的無人駕駛太空船提供動力。

2019年，核動力新地平線號太空船飛越了迄今為止近距離觀測到的最遙遠天體——天涯海角，它位於冥王星之外的一個被稱為柯伊伯帶的區域。 如果沒有核能，他就不可能做到這一點。 在火星軌道之外無法獲得足夠強度的太陽能。 化學源不會持續很長時間，因為它們的能量密度太低而質量太高。

用於長途任務 無線電熱發電機 (RTG) 使用鈽同位素 238Pu，它非常適合透過發射 α 粒子從自然放射性衰變中產生持續熱量，然後將其轉化為電能。 其 88 年的半衰期意味著它將承擔長期使命。 然而，RTG 無法提供長期任務、更大型的船隻所需的高功率密度，更不用說外星基地了。

例如，在火星或月球上進行探索和定居的解決方案可能是美國太空總署多年來一直在測試的小型反應器設計。 這些設備被稱為 Kilopower裂變能源項目 (2)，設計用於提供 1 至 10 kW 的電力，可配置為協調模組，為推進系統提供動力或支援外星太空體上的勘探、採礦或殖民地。

如您所知，品質在太空中很重要。 反應器功率 它不應超過普通汽車的重量。 據我們所知，例如，從最近的節目中 SpaceX 的獵鷹重型火箭將汽車發射到太空目前並不是技術問題。 因此，光反應器可以輕易地發射到地球周圍和更遠的軌道上。

2.KIlopower XNUMX千瓦反應器原型機。

帶有反應爐的火箭引發了希望與恐懼

美國太空總署前局長 吉姆·布里登斯汀 他多次強調 核熱機的優點並補充說，軌道上更大的功率可能會讓軌道飛行器在受到反衛星武器攻擊時成功躲避。

在軌反應器 它們還可以為高功率軍用雷射提供動力，這也引起了美國當局的極大興趣。 然而，在核火箭發動機首次飛行之前，美國宇航局必須改變有關將核材料運送到太空的法律。 如果是這樣，那麼根據 NASA 的說法，核引擎的首次飛行應該會在 2024 年進行。

然而，美國似乎正在為其核子計畫提供動力，特別是在俄羅斯宣布了一項建造民用核動力太空船的十年計畫之後。 他們曾經是太空科技領域無可爭議的領導者。

上世紀60年代，美國有一個獵戶座脈衝核子火箭項目，該火箭的威力被認為可以讓 將整個城市移入太空甚至還可以載人飛往半人馬座阿爾法星。 所有這些老牌科幻美國劇集自 70 年代以來就一直被束之高閣。

然而，是時候撣掉舊觀念了。 太空中的核子發動機主要是因為競爭對手，在這種情況下主要是俄羅斯，最近對這項技術表現出了極大的興趣。 核熱火箭可以將飛往火星的飛行時間縮短一半，甚至縮短到一百天，這意味著太空人消耗的資源更少，機組人員的輻射負荷也更低。 另外，似乎不會再有這種對「窗戶」的依賴，即火星每隔幾年就會反覆接近地球一次。

然而，存在風險，其中包括在太空已經構成這種性質的巨大威脅的情況下，機載反應器將成為額外的輻射源。 那不是全部。 核熱發動機 由於擔心可能發生爆炸和污染，它不能被發射到地球大氣層。 因此，提供普通火箭進行發射。 因此，我們不會跳過與將質量從地球發射到軌道相關的最昂貴的階段。

美國太空總署研究計畫稱為 TREES （核熱火箭環境模擬器）是 NASA 努力回歸核子推進的例子之一。 2017 年，在討論回歸該技術之前，NASA 授予 BWX Technologies 一份為期三年、價值 19 萬美元的合同，用於開發建造所需的燃料組件和反應器。 核發動機。 NASA 最新的太空核推進概念之一是群探測 ATEG 反應器 SPEAR (3)，預計它將使用新型輕型反應器慢化器和先進的熱電發電機 (ATEG) 來顯著減少整體核心質量。

這將需要降低工作溫度並降低整體核心功率等級。 然而，品質的減輕將需要更少的推進功率，從而形成小型、低成本的核動力電動太空船。

3. Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor 專案中開發的探針的可視化。

阿納托利·佩爾米諾夫這是俄羅斯聯邦航太局局長宣布的。 將開發用於深空旅行的核動力太空船，提供您自己的原創方法。 初步設計已於2013年完成，並規劃未來9年的開發。 該系統將核能發電和離子推進相結合。 來自反應爐的 1500°C 熱氣體必須旋轉渦輪機，渦輪機旋轉發電機，為離子引擎發電。

根據佩爾米諾夫的說法， 該驅動器可以支援載人火星任務借助核能，太空人可以在這顆紅色星球停留 30 天。 總的來說，假設推力是化學引擎的 300 倍，以恆定加速度進行的核動力火星任務將需要六週而不是八個月。

然而，俄羅斯計劃中並非一切都那麼順利。 2019 年 XNUMX 月，波羅的海火箭引擎一部分的反應爐在俄羅斯白海沿岸的薩羅夫發生爆炸。 液體燃料。 目前尚不清楚這場災難是否與上述俄羅斯核子推進研究計畫有關。

然而，毫無疑問，美國和俄羅斯之間，可能還有中國之間，存在著競爭的因素 在太空中利用核能 給予研究強大的加速推動力。