NASA设计核裂变反应堆为月球和火星提供电力

2024-02-02 15:30    NASA  美国核电  核反应堆

美国宇航局的裂变表面动力项目已成功完成其初始阶段,标志着为未来月球和火星任务提供动力的重要一步。这个未来项目旨在开发一种能够发电的紧凑型核裂变反应堆,这是长期太空探索的关键资源。


美国宇航局的裂变表面动力项目已成功完成其初始阶段,标志着为未来月球和火星任务提供动力的重要一步。这个未来项目旨在开发一种能够发电的紧凑型核裂变反应堆,这是长期太空探索的关键资源。

2022 年,NASA 向三个商业合作伙伴授予了 500 万美元的合同。

每个合作伙伴的任务都是创建全面的初始设计,包括反应堆、功率转换、排热、功率管理、配电系统、成本估算和开发时间表。

核裂变反应堆与太阳能

这一举措对于人类在月球上建立至少十年的可持续存在至关重要。

美国宇航局空间技术任务理事会技术演示任务项目主任 Trudy Kortes 强调了这项努力的重要性。

科尔特斯表示:“需要在月球上展示核动力源,以证明它是一种安全、清洁、可靠的选择。”

她强调了月球之夜带来的技术挑战,以及在月球上进行长期探索和科学工作所需的独立于太阳的电源(例如该反应堆)的必要性。

月球上太阳能发电系统的局限性是众所周知的,特别是在永久阴影区域和漫长的月球夜晚(持续约 14 个半地球日)期间。

相比之下,核反应堆可以在这些具有挑战性的条件下提供持续的电力,从而有可能释放新的科学和探索的可能性。

项目要求和灵活性

美国宇航局对该项目的态度尤其开放和灵活,允许商业合作伙伴采用创造性的解决方案。

“有多种健康的方法;它们彼此都非常独特,”美国宇航局克利夫兰格伦研究中心裂变表面动力项目经理 Lindsay Kaldon 说。 “我们故意没有给他们太多要求,因为我们希望他们能够跳出框框思考。”

尽管具有这种灵活性,美国国家航空航天局 (NASA) 仍为反应堆制定了关键规格:它的重量必须低于 6 吨,产生 40 千瓦 (kW) 的电力——足以满足各种月球操作,并且可以自主运行十年。

从这个角度来看,40 kW 的电力平均可以为美国 33 个家庭供电

安全,尤其是辐射剂量和屏蔽方面的安全,仍然是重中之重。除了这些规定之外,合作伙伴还探索了反应堆的远程激活和控制、故障识别以及各种燃料和配置。

地面核公司和太空专家之间的合作产生了广泛的创新想法。

核裂变反应堆的下一步

下一步涉及延长第一阶段合同,以在启动第二阶段之前完善这些概念。该阶段将涉及选择用于月球演示的最终反应堆设计。

“我们正在从合作伙伴那里收集大量信息,”卡尔登指出。 “这将指导我们为第二阶段制定切合实际、规避风险的要求。”

NASA 计划于 2025 年公开第二阶段招标。目标是在 2030 年代初为月球发射准备好反应堆。

该反应堆将在月球上进行为期一年的演示,然后进行九年的运行。如果成功,这项技术可以适用于火星。

与此同时,美国宇航局最近与劳斯莱斯北美技术公司、布雷顿能源公司和通用电气公司签订了开发布雷顿电力转换器的合同。

这些转换器对于将核裂变产生的热能转化为电能至关重要。然而,当前的模型效率低下,损失大量热量。

NASA 对这些公司的挑战是提高布雷顿转换器的效率,这是优化太空核电使用的关键一步。

这个雄心勃勃的项目代表了太空探索的重大飞跃。通过利用核能,美国宇航局旨在克服维持人类在太空中生命的挑战,为长期停留月球以及最终人类登陆火星任务铺平道路。

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