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美航空航天局關(guān)于在太空中建造核反應(yīng)堆及下一步計(jì)劃

2022-07-27 08:35  瀏覽:  

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(jì)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(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(diǎn)、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(xiàng)目經(jīng)理托菲爾就相關(guān)問題與媒體進(jìn)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(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(xiàng)活動的核心原則,安全被納入空間核動力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測試、制造和運(yùn)行的每個階段。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:
一個挑戰(zhàn)是,向月球的發(fā)射和上升包括強(qiáng)烈的振動和沖擊,因?yàn)榛鸺壴谌紵淙剂虾蠓蛛x。一個空間反應(yīng)器必須有一個堅(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(yùn)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(xì)的設(shè)計(jì)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(yùn)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(jì)、測試、制造和運(yùn)行的每個階段。

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,月球表面裂變動力系統(tǒng)將有冗余的控制措施,以檢測故障并在其運(yùn)行變得關(guān)鍵之前關(guān)閉反應(yīng)堆??刂谱酉到y(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(yùn)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(jì)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(jì)成能夠處理最極端的月球條件。
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