太空中的核能。 原子加速脉冲
使用核能推动航天器并将其用于未来的外星基地或定居点的想法并不新鲜。 最近，它们又来了一波新的浪潮，随着它们成为大国竞争的领域，它们的实施变得更有可能。
NASA 和美国能源部开始在经销商公司中进行搜索 月球和火星上的核电站项目. 这应该支持长期研究，甚至可能是定居项目。 NASA 的目标是在 2026 年之前准备好发射。 该工厂必须在地球上完全制造和组装，然后进行安全测试。
安东尼·卡洛米诺美国宇航局太空技术管理局核技术主任说， 该计划是开发一个 XNUMX 千瓦的核裂变系统，该系统最终将被发射并放置在月球上。 （一）。 它必须与月球着陆器集成在一起，助推器将把它带到 月球轨道. 装载机 然后让系统浮出水面。
预计到达现场后，它将立即投入使用，无需额外的组装或施工。 该操作是对可能性的展示，并将成为在其中使用解决方案和衍生产品的起点。
“一旦该技术在演示过程中得到验证，未来的系统就可以扩大规模，或者可以将多个设备一起用于月球和火星的长期任务，”卡洛米诺在 CNBC 上解释道。 “四个单元，每个产生 10 千瓦的电力，将提供足够的电力 在月球或火星上建立前哨.
使用地面裂变系统在行星表面产生大量电力的能力将使大规模研究、人类前哨和就地资源利用成为可能，同时为商业化提供了可能性。”
它将如何运作 核电站? 稍微丰富的形式 核燃料 意志 核芯... 小的 核反应堆 它将产生热量，这些热量将传递到能量转换系统。 动力转换系统将由设计用于利用反应堆热量而不是可燃燃料运行的发动机组成。 这些引擎使用热量，将其转化为电能，然后调节并分配给月球和火星表面的用户设备。 散热方法对于保持设备的适当工作温度很重要。
核电 现在被认为是唯一合理的选择 太阳能, 风电和水电 不容易获得。 例如，在火星上，太阳的强度随季节变化很大，周期性的沙尘暴可持续数月。
在月球上 冷月 夜晚持续 14 天，两极附近的阳光变化很大，而永久阴影的陨石坑则没有。 在如此困难的条件下，很难从阳光中获取能量，并且燃料供应有限。 表面裂变能提供了一种简单、可靠和高效的解决方案。
不像 地面反应堆无意移除或更换燃料。 在 10 年任务结束时，还制定了该设施安全退役的计划。 “在其使用寿命结束时，系统将关闭，辐射水平将逐渐降低到人类进入和操作安全的水平，”卡洛米诺解释说。 “废物系统可以转移到不会危及船员或环境的远程存储位置。”
体积小、重量轻但效率高的反应堆，需求量很大
随着太空探索的发展，我们已经在 核能发电系统 在小范围内。 此类系统长期以来一直为前往太阳系远处的无人航天器提供动力。
2019 年，核动力新视野号宇宙飞船飞越了有史以来近距离观察到的最遥远的天体 Ultima Thule，该天体远离冥王星，位于被称为柯伊伯带的区域。 如果没有核能，他是不可能做到的。 在火星轨道之外，太阳能无法获得足够的强度。 化学来源不会持续很长时间，因为它们的能量密度太低且质量太大。
用于远程任务 辐射热发生器 (RTG) 使用钚同位素 238Pu，它非常适合通过发射 α 粒子从自然放射性衰变中产生永久热量，然后将其转化为电能。 其 88 年的半衰期意味着它将为长期使命服务。 然而，RTG 无法提供长时间任务、更大型船舶（更不用说外星基地）所需的高比功率。
例如，探索性存在以及可能在火星或月球上定居的解决方案可能是美国宇航局多年来一直在测试的小型反应堆设计。 这些设备被称为 千瓦裂变能源项目 (2) 设计用于提供 1 至 10 kW 的电力，并可配置为协调模块，为推进系统提供动力或支持外星空间体上的研究、采矿或殖民地。
如你所知，质量在太空中很重要。 反应堆功率 它不应超过普通车辆的重量。 我们知道，例如，从最近的一个节目中 SpaceX猎鹰重型火箭将汽车送入太空目前不是技术问题。 因此，轻反应堆可以很容易地进入地球周围及更远的轨道。
2. XNUMX千瓦KIlopower反应堆原型。
带有反应堆的火箭引发了希望和恐惧
前美国宇航局局长 吉姆·布莱登斯廷 他多次强调 核热机的优点，并补充说，在轨道上的更多功率可能会使轨道飞行器在发生反卫星武器攻击时成功躲避。
在轨反应堆 它们还可以为强大的军用激光器提供动力，这也引起了美国当局的极大兴趣。 然而，在核火箭发动机首次飞行之前，NASA 必须改变有关将核材料送入太空的法律。 如果这是真的，那么根据美国宇航局的计划，核发动机的首次飞行应该在 2024 年进行。
然而，美国似乎正在快速启动其核项目，尤其是在俄罗斯宣布了一项长达十年的建造民用核动力航天器的计划之后。 他们曾经是太空技术领域无可争议的领导者。
上世纪 60 年代，美国有一个猎户座脉冲-脉冲核导弹项目，它被认为是强大到可以允许 将整个城市移入太空甚至载人飞往半人马座阿尔法星。 自 70 年代以来，所有那些古老的奇幻美国系列都已上架。
然而，是时候摒弃旧概念了。 太空中的核发动机主要是因为竞争对手，在这种情况下主要是俄罗斯，最近对这项技术表现出极大的兴趣。 核热能火箭可以将飞往火星的飞行时间缩短一半，甚至可能缩短到 XNUMX 天，这意味着宇航员消耗的资源更少，机组人员的辐射负荷也更少。 此外，看起来，不会有这种对“窗户”的依赖，即每隔几年火星就反复接近地球。
然而，存在一个风险，其中包括在太空已经承载这种性质的巨大威胁的情况下，机载反应堆将成为额外的辐射源。 那不是全部。 核热机 由于担心可能的爆炸和污染，它不能在地球大气层中发射。 因此，提供普通火箭发射。 因此，我们不会跳过与将质量从地球发射到轨道相关的最昂贵的阶段。
美国宇航局研究项目称为 TREES （核热火箭环境模拟器）是美国宇航局努力恢复核推进的一个例子。 2017 年，在谈论恢复该技术之前，NASA 授予 BWX Technologies 一份为期三年、价值 19 万美元的合同，以开发建设所需的燃料部件和反应堆。 核发动机. NASA 最新的太空核推进概念之一是 Swarm-Probe ATEG 反应堆 SPEAR(3)，预计将使用新的轻型反应堆慢化剂和先进的热电发电机 (ATEG) 来显着降低整体堆芯质量。
这将需要降低工作温度并降低内核的整体功率水平。 然而，减少的质量将需要更少的推进力，从而产生小型、廉价的核动力电动航天器。
3. 在 Swarm-Probe Enabling AEG Reactor 项目的框架内开发的探针的可视化。
阿纳托利·佩米诺夫这是俄罗斯联邦航天局局长宣布的。 将开发用于深空旅行的核动力航天器，提供自己的原创方法。 初步设计于2013年完成，计划未来9年发展。 该系统应该是核能发电与离子推进系统的结合。 来自反应堆的 1500°C 的热气体应该会驱动涡轮机，该涡轮机会驱动发电机，从而为离子发动机发电。
据佩尔米诺夫说， 该驱动器将能够支持载人火星任务由于核能，宇航员可以在红色星球上停留 30 天。 总的来说，假设推力是化学发动机的 300 倍，那么使用核发动机和持续加速飞往火星需要六周而不是八个月。
然而，在俄罗斯节目中，并非一切都如此顺利。 2019 年 XNUMX 月，俄罗斯萨罗夫的一座反应堆在白海沿岸发生爆炸，该反应堆是波罗的海火箭发动机的一部分。 液体燃料. 目前尚不清楚这次灾难是否与上述俄罗斯核推进研究计划有关。
然而，毫无疑问，这是美国和俄罗斯之间竞争的一个因素，可能还有中国在当地 在太空中使用核能 为研究提供了强大的加速动力。
