NASA的裂变表面动力项目为月球探索注入活力
NASA裂变表面动力项目的概念图。
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NASA正在结束其裂变表面动力项目的初始阶段，该项目专注于开发小型发电核裂变反应堆的概念设计，该反应堆可用于未来在月球上的演示，并为未来的火星设计提供信息。
NASA在2022年授予了三份价值500万美元的合同，要求每个商业合作伙伴开发包括反应堆在内的初步设计；其电力转换、散热以及电力管理和分配系统；估计成本；以及一个可以为人类在月球表面持续存在至少10年铺平道路的开发计划。
“需要在月球上演示核动力源，以表明它是一种安全、清洁、可靠的选择。”华盛顿NASA总部NASA空间技术任务局技术演示任务项目主任特鲁迪·科尔特斯说。“从技术角度来看，月夜是一个具有挑战性的夜晚，因此拥有像这个独立于太阳运行的核反应堆这样的动力源，是在月球上进行长期探索和科学工作的一个有利选择。”
虽然太阳能系统在月球上有局限性，但核反应堆可以放置在永久遮蔽的区域（那里可能有水冰），或者在长达14天半地球日的月夜持续发电。
NASA设计的初始反应堆要求是开放和灵活的，以保持商业合作伙伴为技术审查带来创造性方法的能力。
“有各种各样的方法；它们都非常独特。”NASA克利夫兰格伦研究中心裂变表面动力项目经理林赛·卡尔登说。“我们故意没有给他们很多要求，因为我们希望他们跳出固有的思维模式。”
然而，NASA明确指出，反应堆应保持在6吨以下，并能够产生40千瓦（kW）的电力，以确保足够的电力用于演示目的，并为运行月球栖息地、月球车、备用电网或科学实验提供额外的电力。在美国，在美国，40千瓦平均可以为33个家庭提供电力。
NASA计划在月球上持续存在，并最终登陆火星。安全、高效、可靠的能源将是未来机器人和人类探索的关键。
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NASA还设定了一个目标，即该反应堆应能够在没有人类干预的情况下运行十年，这是其成功的关键。安全性，特别是关于辐射剂量和屏蔽的安全性，是设计的另一个关键驱动因素。
除了设定的要求之外，合作伙伴还设想了如何远程启动和控制反应堆。他们发现了潜在的故障，并考虑了不同类型的燃料和配置。让地球上的核能公司与拥有太空专业知识的公司合作，可以产生各种各样的想法。
NASA计划延长第一阶段的三份合同，以便在第二阶段之前收集更多信息，第二阶段将要求工业界设计最终的反应堆，并在月球上进行演示。卡尔登说，这些额外的信息将有助于该机构制定第二阶段的要求。
“我们从这三个合作伙伴那里得到了很多信息。”卡尔登说。“我们必须花一些时间来处理所有这些问题，看看进入第二阶段有什么意义，并从第一阶段中吸取来设定要求，以设计一个低风险的系统。”
第二阶段的公开征集计划于2025年进行。
在第二阶段之后，将反应堆运送到发射台的目标日期是在本世纪30年代初。在月球上，该反应堆将完成为期一年的演示，随后将运行9年。如果一切顺利，反应堆的设计可能会更新，以便在火星上使用。
除了为第二阶段做准备之外，NASA最近还授予罗尔斯·罗伊斯北美技术公司、布雷顿能源公司和通用电气公司开发布雷顿电力转换器的合同。
在核裂变过程中产生的热能必须在使用前转化为电能。布雷顿转换器通过使用热量差异来旋转转换器内的涡轮机来解决这一问题。然而，目前的布雷顿转换器浪费了大量的热量，因此NASA要求公司提高这些发动机的效率。
技术演示任务计划由NASA太空技术任务理事会管理裂变表面动力。
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