目前的載人航天主要能源有3類：太陽能、化學(xué)能以及核能。隨著未來太空探索任務(wù)需求日益提高，以及太陽能、化學(xué)能在深空探索任務(wù)和星表探索任務(wù)中的局限性，必須依靠以核反應(yīng)堆為基礎(chǔ)的核能源。
據(jù)美國消費者新聞與商業(yè)頻道(CNBC)網(wǎng)站11月15日報道，美國國家航空航天局(NASA)和美國能源部計劃在月球和火星建造核電站，以支持其長期探索計劃。那么，NASA在月球建核電站這事兒靠譜嗎?面臨哪些難題呢?
月球?qū)⒔?0千瓦級核裂變電力系統(tǒng)
CNBC在報道中指出，NASA太空技術(shù)任務(wù)局核技術(shù)組負責(zé)人安東尼·卡洛米諾說，NASA的目標是到21世紀20年代末開發(fā)出一個10千瓦級的核裂變電力系統(tǒng)，并在月球上演示。“這一核裂變電力系統(tǒng)的輸出功率為10千瓦，可連續(xù)不斷地工作至少10年。”
具體而言，該設(shè)施將完全在地球上制造和組裝，然后進行安全測試，確保其正常運轉(zhuǎn)。隨后，將該設(shè)施整合到月球著陸器內(nèi)，由運載工具運送到繞月軌道。接下來，著陸器降落至月球表面，到達之后設(shè)施無需額外組裝或建造即可運行。預(yù)計這次演示將持續(xù)一年時間。
“低濃縮形式的核燃料將為堆芯提供動力，小型核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量將被轉(zhuǎn)移到動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中。動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由靠反應(yīng)堆熱能工作的發(fā)電機組成，這些發(fā)電機將熱能轉(zhuǎn)化為電力，并將之用于月球和火星表面的用戶設(shè)備。此外，散熱技術(shù)對于保持設(shè)備正常運行非常重要。”卡洛米諾說，“4套這樣的系統(tǒng)，每個提供10千瓦電力，就足以提供在月球或火星上建立前哨基地所需電力。利用核裂變系統(tǒng)在行星表面產(chǎn)生大量電力的能力將使大規(guī)模探索、建立人類前哨基地和就地利用資源成為可能。”
在月球建造核反應(yīng)堆是否安全
對于普通人來說，在月球上建造核反應(yīng)堆的想法聽起來可能不同尋常，甚至有些人會覺得極其危險。但是一些專業(yè)人士卻不這么認為，一家核能領(lǐng)域的就業(yè)機構(gòu)創(chuàng)始人安德魯·克拉布特里說，此前科學(xué)家們就在月球上使用過核能。阿波羅12號使用的阿波羅月面實驗套裝中的儀器就是由一部RTG放射性同位素?zé)犭姍C供電的，它標志著人類首次在月球上使用核電系統(tǒng)。
“我們有個專業(yè)術(shù)語，叫核安全軌道，也就是說，衛(wèi)星的軌道必須足夠高，才能保證給衛(wèi)星提供能源的核反應(yīng)堆不會掉落在地球上。月亮的軌道距地球38萬公里，已經(jīng)足夠高，所以在月球上建造核反應(yīng)堆沒有這方面的擔(dān)憂。”中國航天科工集團公司二院研究員楊宇光對科技日報記者說，“但是在太空使用核能面臨著散熱的難題。”
他進一步解釋道：“出于散熱和降溫的考慮，很多地面核反應(yīng)堆都建立在有水的地方。而在月球上只能依靠很大面積的輻射散熱器給核反應(yīng)堆散熱，這不僅會增加成本，而且會提高技術(shù)難度。”
楊宇光表示，人們也不需要擔(dān)心核廢料污染太空，因為太空太廣闊了。執(zhí)行比木星更遠的太空任務(wù)的探測器幾乎都使用過放射性同位素溫差發(fā)電機，而它們都是用钚-238作為電力來源，比如著名的“卡西尼”號土星探測器就使用了大量的钚-238。
“自由生物安全”公司首席醫(yī)療創(chuàng)新官喬斯·莫瑞博士則表示，即使這一設(shè)施在月球發(fā)生事故，給地球造成的風(fēng)險也很小，因為大氣層會將致命的輻射阻擋在外層空間，保護地球。
盡管如此，卡洛米諾也強調(diào)，NASA非常重視安全問題，該項目必須符合《美國國家環(huán)境政策法》的標準，其中包括評估該項目對環(huán)境的影響，且在設(shè)計電力系統(tǒng)時，確保核燃料直到抵達月球表面才被激活。
此外，卡洛米諾說，在該系統(tǒng)為期10年的任務(wù)結(jié)束后，他們計劃將該設(shè)施安全撤走。他說：“該系統(tǒng)最終將關(guān)閉，輻射水平將逐漸降低至人類接觸和處理的安全水平。使用過的系統(tǒng)可以移動到遠程存儲位置，在那里它們不會對工作人員或環(huán)境造成任何威脅。”
大力開發(fā)核能源加快駛向宇宙更深處
然而也有不同聲音指出，在月球上建造核電站完全沒有必要。隨著太陽能、風(fēng)能和小型水電系統(tǒng)提供的清潔能源的成本迅速下降，再加上通過節(jié)約能源導(dǎo)致效率不斷提高，沒有理由建立耗時、昂貴且令人擔(dān)憂的核電站。沒有它，人類也可以滿足能源需求。
對此，楊宇光表示,目前的載人航天主要能源有3類：太陽能、化學(xué)能(燃料電池等)以及核能。但隨著未來太空探索任務(wù)需求日益提高，以及太陽能、化學(xué)能在深空探索任務(wù)(比如前往火星和木星乃至更深遠的太空)和星表探索任務(wù)中的局限性，必須依靠以核反應(yīng)堆為基礎(chǔ)的核能源。
他指出，核反應(yīng)堆電源的功率大、能量密度高，相比其他電源具有較高的功率質(zhì)量比，可在太陽能、風(fēng)能和水力發(fā)電不易獲得的環(huán)境下工作。例如，火星上周期性的沙塵暴可能會持續(xù)數(shù)月、而月球上永久陰影的隕石坑內(nèi)沒有陽光，這些情況下都難以利用太陽能。此外，月球南極現(xiàn)在是研究熱點，因為此處有永久光照區(qū)，在這里可以利用太陽能，但如果科學(xué)家們想在月球表面低緯度地區(qū)建立科考站，那將面臨長達14天的月夜，最好的解決辦法就是建立核反應(yīng)堆來提供能源。“而且，我們必須加大研發(fā)力度，將來開發(fā)出兆瓦級的核反應(yīng)堆設(shè)施，如此才能將我們更快帶往宇宙更深處。”
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