周一 · 知古通今 | 周二 · 牧夫专栏 周三 ·风月同天 | 周四 · 观测指南 周五 · 深空探测 | 周六 · 茶余星话 | 周日 · 太空探索 原作：Matt Williams 翻译：杨欣冉 校译：艾宇熙 涂天宇 编排：王招君 后台：李子琦 董腾晨 原文链接： https://www.universetoday.com/153467/nasa-is-building-a-nuclear-reactor-to-power-lunar-and-martian-exploration/ “ 在接下来的15年里，多个航天机构和它们的商业合作伙伴打算执行前往月球和火星的载人任务。除了在这些天体上放置“脚印和旗帜”外，他们还计划建立基础设施，使人类能够长期驻留。目前他们正在研究和开发几种技术，以满足这些任务的要求并确保宇航员的安全。 这些技术的核心都是为了实现资源、材料和能源方面的自给自足。为了确保执行任务所需的所有能量，美国宇航局正在开发一种裂变表面能源(FSP)系统，它将提供安全、高效和可靠的电力供应。在与太阳能电池、普通电池和燃料电池相结合后，这项技术可以使得人类在不久的将来到月球和火星执行长期任务。 对美国宇航局来说，拥有可以用于月球表面操作的裂变反应堆是阿耳忒弥斯计划的重要组成部分，该计划旨在创建一个“可持续的月球探索”计划。这意味着基础设施是必须的，比如“月球连通网”（航天器将在那里停靠和补给）和地面的阿耳忒弥斯大本营，宇航员在不进行舱外活动(EVAs)时，将在那里吃饭、锻炼和睡觉，即地面活动。  艺术家对月球上的千瓦裂变反应堆的构想 这个基地需要大量的电力供应，使宇航员可以给月球车充电、进行实验，并利用月球的自然资源生产水、推进剂、建筑材料和氧气——这一过程被称为原位资源利用(ISRU)。吉姆·鲁特是美国宇航局航天技术任务理事会(STMD)的副理事长，该理事会为裂变表面能源项目提供资金。 “充足的能源将是未来太空探索的关键，”他在美国宇航局的一份新闻稿中说。“我认为裂变表面能源系统会对我们的月球和火星能源架构计划起到巨大帮助，甚至推动地球在地球上使用相关技术的创新。”这个概念建立在美国宇航局的千瓦反应堆项目的基础上，该项目旨在创建一个小型、轻的裂变系统，10年内可以提供高达10千瓦的动力。 该项目于2018年3月结项，使用斯特林技术(KRUSTY)成功完成了千瓦反应堆的演示验证。这个原型包括一个固体的铸造铀235反应堆芯（大约有纸巾卷大小）和被动钠热管，它们将缓慢裂变反应产生的热量传递给高效的斯特林发动机，该发动机将热量转化为电能。 基于这一项成果，美国宇航局已经与美国能源部（DoE）合作，通过巴特尔能源联盟运营的爱达荷国家实验室(INL)，为阿尔忒弥斯项目开发基于千瓦反应堆的裂变表面能源系统（FSP）。这项计划预计在2030年代初实现，届时一个原型反应堆将被送到月球，测试其在月球条件下的能力。  艺术家对火星上裂变表面能源系统的概念设计图 美国宇航局格伦研究中心的FSP项目经理托德·托菲尔说：“美国宇航局和能源部正在针对这一重要而具有挑战性的任务进行合作，一旦完成，这将成为人类对月球和火星长期探索的意义重大的一步。我们将利用政府和私营企业的独特能力，提供独立于月球位置的可靠、持续的电力。” 11月19日，美国宇航局和美国能源部向美国的许多公司征集了一种裂变能源系统的设计概念，准备在十年内发射，并在月球上进行演示验证。如招标文件所述，FSP应包括“铀燃料反应堆核心、电力转换系统(PCS)、热管理系统和电力管理和分配(PMAD)系统，该系统能够在用户层面上提供不少于40千瓦的持续电力。” 与传统方法相结合，小型而轻质的裂变反应堆被认为是为月球探索提供电力的理想选择。首先，裂变系统是可靠的，能够在月球南极-艾特肯盆地的永久阴影的陨石坑中持续运行。在月球的夜晚（持续14地球日），太阳能基本上无法使用，这使得反应堆非常受关注。 美国宇航局设想的该系统将提供至少40千瓦的电力，足以为地球上的30所房屋连续供电10年。由于这项技术的成熟，核能系统也可以扩大规模来创建小而轻的系统。这是满足美国宇航局阿耳忒弥斯任务要求的关键，因为电力系统能够在月球着陆器或月球表面巡视器的甲板上自主操作。  一位艺术家展示了一个带有核推进系统的火星过境栖息地的概念设计图 像FSB这样的系统配置，可以提供足够的电力来维持月球基地和（在未来几十年）火星上的前哨站。在火星上，季节性变化会导致沙尘暴，有时会大到足以覆盖整个火星，并持续数月。在这样的情况下，太阳能是不可靠的，而风能、普通电池和燃料电池能弥补能量缺口的程度也有限。 这项研究的另一个好处是，它将帮助开发依赖核反应堆发电的核推进系统。这些技术包括核热和核电推进(NTP/NEP)技术，可以将前往火星旅行时间缩短到100天。美国宇航局也已经花了几十年来研究这项技术，取得了非常激动人心的成果(例如，NERVA反应堆)。 在接下来的12个月里，美国宇航局和美国能源部将选择相互竞争的美国公司来进行初步设计。这些数据将为明年符合飞行条件的裂变动力系统的最终设计和建设的行业征集提供信息。这一阶段的决赛选手将完成他们的设计，竞争月球演示验证任务。如果一切顺利，月球和火星的表面任务将永远不用担心灯光熄灭。 责任编辑：邱煜欣 牧夫新媒体编辑部 『天文湿刻』 牧夫出品 微信公众号：astronomycn  从空间站拍摄的南太平洋照片 图片来源：NASA 谢谢阅读  |
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