在去年 12 月美国总统特朗普签署了“1 号太空政策指令”,宣布美国将重返月球,并最终前往火星。
签署指令简单,实行起来困难,即使马斯克能按计划在 2022 年实现航天器登陆火星,登陆后如何保证能源供应又是一大问题。
幸好,NASA 已经成功测试 Kilopower 迷你核反应,将为日后火星任务提供能源保证。
Kilopower 核反应堆
Kilopower 是 NASA、洛斯阿拉莫里国家实验室和能源部多方合力研发的迷你核反应堆,使用 U235 作为核燃料,输出功率介乎 1KW 至 10KW 之间,与今天太空任务使用太阳能面板、燃气发电机功率相近,但发电不受环境影响,没有燃料耗尽之忧。
根据 NASA 计算,一个火星基地需要发电量约为 40KW,只要四五台 Kilopower 核反应堆就能满足需求。
不过要将核反应运输到 5500 万公里远的火星不是一件简单事情,Kilopower 必须做到又轻又小。
目前所用核反应堆基于裂变原理,能源转换率很低,大部分能量转变热量散发出去,因此核电往往采用水冷作为散热方式,但笨重的水冷设备显然不适合太空任务,因此研发人员采取了新散热方式——热管。
Kilopower 核反应堆周边布置了大量热管,一部分热量通过热管带动斯特林发动机发电,另一部分热量继续通过热管达到伞形散热片,散发到大气中。
从原理上看 Kilopower 非常简单,但要保证设备在核辐射与平均地表温度-63℃的火星上正常运行,实现起来可不简单。
NASA 预计四台 Kilopower 总重量约介乎 5.8 吨至 7 吨,是未来运载火箭所能承受的重量。
艺术笔下的 Kilopower 部署想象图
目前 Kilopower 测试进展顺利,预计将于今年 3 月进行一次全功率测试。
马斯克的重型猎鹰首发已多次拖延,2022 年登陆火星铁定无望,洛克希德·马丁的“火星营地计划”是 10 年后的事情,也许到了 Kilopower 量产时人类才重回月球,NASA 不如考虑用 Kilopower 复活核动力飞机。
上世纪五十年代美国研发核动力飞机 NB-36H