據(jù)參與項(xiàng)目的研究人員透露，中國(guó)正在為月球和火星任務(wù)開(kāi)發(fā)一種強(qiáng)大的核反應(yīng)堆。該反應(yīng)堆可以產(chǎn)生1兆瓦的電力，比美國(guó)宇航局計(jì)劃在2030年之前在月球表面安裝的類似裝置的功率強(qiáng)100倍。
圖源：TNS
1.世界各國(guó)加快太空核反應(yīng)堆研發(fā)計(jì)劃
該項(xiàng)目于2019年由國(guó)家資助啟動(dòng)，雖然技術(shù)細(xì)節(jié)和啟動(dòng)日期沒(méi)有透露，但最近完成了一臺(tái)原型機(jī)的工程設(shè)計(jì)，一些關(guān)鍵部件已經(jīng)建成。
對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)雄心勃勃的項(xiàng)目，但也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。中國(guó)向太空發(fā)射的唯一一個(gè)公開(kāi)的核裝置是“玉兔2號(hào)”上的一個(gè)微型放射性電池，這是 2019 年第一個(gè)登陸月球背面的月球車。該裝置只能在月球漫長(zhǎng)的夜晚產(chǎn)生幾瓦的熱量來(lái)幫助探測(cè)器。
中國(guó)研究人員表示，化學(xué)燃料和太陽(yáng)能電池板將不再足以滿足人類太空探索的需求。隨著人類在月球或火星上定居的計(jì)劃提上日程，人類太空探索的規(guī)模有望大幅擴(kuò)大。中國(guó)科學(xué)院的一位研究員表示：“核能是最有希望的解決方案。其他國(guó)家也推出了一些雄心勃勃的計(jì)劃。”
美國(guó)國(guó)家航空航天局最近開(kāi)始與私人承包商競(jìng)標(biāo)，以開(kāi)發(fā)一種10千瓦的核裂變?cè)O(shè)備，該設(shè)備可以在10年內(nèi)支持人類在月球上的持續(xù)存在。俄羅斯宣布計(jì)劃在2030年前發(fā)射一艘由兆瓦級(jí)核反應(yīng)堆TEM提供動(dòng)力的巨型航天器。核能將使宇宙飛船在地球較低軌道上運(yùn)行十多年，同時(shí)執(zhí)行飛往月球或更遠(yuǎn)的額外任務(wù)。歐洲航天局已經(jīng)啟動(dòng)了一個(gè)類似的項(xiàng)目——德謨克利特(Democritos)，將在2023年前在地面測(cè)試一個(gè)200千瓦的太空反應(yīng)堆。
美國(guó)1965年發(fā)射的SNAP-10A是首個(gè)在軌核動(dòng)力裝置。該裝置在永久關(guān)閉前產(chǎn)生了500瓦的電力，持續(xù)了一個(gè)多月。
2.太空核反應(yīng)堆中的“2個(gè)”挑戰(zhàn)
根據(jù)中國(guó)科學(xué)院合肥核安全技術(shù)研究所教授蔣杰瓊領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的一篇論文，中國(guó)兆瓦級(jí)空間反應(yīng)堆的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是冷卻技術(shù)。
反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量只有一部分將用于發(fā)電，其余的必須在太空中迅速消散，以避免熔毀。為了解決這個(gè)問(wèn)題，反應(yīng)堆將使用一種像雨傘一樣的可折疊結(jié)構(gòu)來(lái)增加廢熱散熱器的總表面積。
由于其緊湊的尺寸，太空反應(yīng)堆的運(yùn)行溫度將遠(yuǎn)高于地球上的溫度(核心溫度可能為 2000 攝氏度)。它將使用液態(tài)鋰作為冷卻劑，以提高發(fā)電效率。但鋰在180攝氏度以下的溫度下會(huì)變成固體，這是中國(guó)團(tuán)隊(duì)必須克服的另一個(gè)障礙。
3.中國(guó)太空核競(jìng)爭(zhēng)“后來(lái)居上”，可獨(dú)立生產(chǎn)所有特殊部件
根據(jù)上?？臻g推進(jìn)研究所的一項(xiàng)研究，中國(guó)已經(jīng)資助了許多項(xiàng)目，用不同的技術(shù)方法來(lái)發(fā)展太空核反應(yīng)堆。
一些研究小組沒(méi)有建造一座大型反應(yīng)堆，而是在開(kāi)發(fā)輸出功率更小的裝置。這些微小的模塊更容易制造，并且可以被編譯成一臺(tái)更大的機(jī)器，輸出幾兆瓦的電，足以驅(qū)動(dòng)大型離子推進(jìn)器將宇航員送上火星。
相關(guān)研究人員表示，解決方案可能是幾種不同技術(shù)的結(jié)合。他們說(shuō)，盡管中國(guó)在太空核競(jìng)賽中是一個(gè)后來(lái)者，但它有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。
首先，中國(guó)有一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，可以用復(fù)雜的制造技術(shù)獨(dú)立生產(chǎn)所有特殊部件。另外，在世界范圍內(nèi)核電站建設(shè)萎縮的同時(shí)，中國(guó)正在以比任何國(guó)家都快的速度建設(shè)新核電站(每年7到8個(gè)反應(yīng)堆)，其中一些使用了世界上最先進(jìn)的技術(shù)，如釷燃料和高溫氣體?；A(chǔ)設(shè)施的發(fā)展可以讓中國(guó)在科學(xué)數(shù)據(jù)和人才方面占據(jù)上風(fēng)。
