隨著 NASA 制定未來將人類送往火星的計劃，該機構正在努力填補的關鍵技術空白之一是如何為紅色星球表面提供足夠的電力，以用於燃料生產、棲息地和其他裝置。 一種選擇是：小型核裂變反應堆，其工作原理是分裂鈾原子以產生熱量，然後將熱量轉化為電力。
NASA 的技術開發部門已經資助了一個名為 Kilopower 的專案三年，旨在內華達州拉斯維加斯附近的國家安全基地演示該系統。 測試計劃於 9 月開始，於 2018 年 1 月結束。
NASA 上一次測試裂變反應堆是在 20 世紀 60 年代的輔助核動力系統 (SNAP) 計劃期間，該計劃開發了兩種型別的核動力系統。 第一種系統——放射性同位素熱電發生器 (RTG)——利用放射性元素（如鈽）自然衰變釋放的熱量。 多年來，RTG 為數十個太空探測器提供動力，包括目前正在火星上探測的好奇號探測車。 [核發電機為 NASA 深空探測器供電（資訊圖）]
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SNAP 下開發的第二項技術是原子裂變反應堆。 SNAP-10A 是第一個——也是迄今為止唯一一個——在美國太空執行的核電站。 SNAP-10A 於 1965 年 4 月 3 日發射升空，運行了 43 天，產生 500 瓦的電力，之後由於不相關的裝置故障而結束了演示。 該航天器仍留在地球軌道上。
俄羅斯在開發和飛行由小型裂變反應堆驅動的航天器方面更為活躍，其中包括 30 顆雷達海洋偵察衛星 (RORSAT)，這些衛星在 1967 年至 1988 年間飛行，以及更高功率的 TOPAZ 系統。 TOPAZ 是熱離子實驗與活性區轉換的首字母縮寫詞。
核能復興
自 SNAP 計劃以來的 50 年，NASA 資助了多項核動力技術工作，但財政、政治和技術問題阻礙了發展。 三年前，該機構的變革性發展計劃支援了 Kilopower，目標是在 2017 年 9 月 30 日（當前財政年度結束時）之前建造和測試小型裂變反應堆。 該專案的成本約為 1500 萬美元。
“這將是自 20 世紀 60 年代 SNAP 計劃以來，我們首次執行可用於太空的裂變反應堆，”負責 NASA 克利夫蘭格倫研究中心電力和儲能技術開發的李·梅森說。
9 月的測試旨在驗證 Kilopower 的設計和效能。 梅森說，在那之後，NASA 將準備好繼續開發更高保真度的系統，以便在火星或其他地方進行測試。
測試反應堆高約 6.5 英尺（1.9 米），設計用於產生高達 1 千瓦的電力，但為了降低成本，測試單元不包括全套斯特林發動機，以將裂變過程產生的能量轉化為熱量。 梅森在接受 Space.com 採訪時表示，熱模擬器將用於發動機的其餘部分，以驗證反應堆的功率輸出。
在 2010 年對 RTG 系統選項進行研究後，NASA 對裂變的興趣重新浮出水面。
梅森說：“當時，我們試圖找到一種小型裂變反應堆，它可以提供與放射性同位素動力系統類似的功率輸出。”
NASA 工程師認為，人類前往火星的探險需要一個能夠產生約 40 千瓦電力的系統，這大約相當於“地球上八戶房屋”所需的電力，據該機構稱。 好奇號的 RTG 設計用於提供約 125 瓦的功率——比微波爐所需的能量還少——儘管功率水平會隨著放射性鈽的衰變而下降。 [人類火星基地如何運作？ NASA 在影像中的願景]
太陽能是另一種選擇，但這會將發電限制在能夠獲得足夠陽光為電池充電的區域。 例如，在月球的沙克爾頓隕石坑內——由於其水資源，它是月球探測任務的主要候選地——那裡完全黑暗。 火星上陽光最充足的地方僅接收到地球約三分之一的陽光。
“如果你想在任何地方著陸，地面裂變能是實現這一目標的關鍵策略，”NASA 約翰遜航天中心工程師米歇爾·魯克在 12 月向 NASA 未來太空行動工作組的演示中說。
裂變反應堆還可以在惡劣的天氣條件下繼續工作，例如火星上普遍存在的沙塵暴。
“我們已經在火星上著陸了一些非常酷的東西，它們擁有一些非常出色的動力系統……但它們不足以支援人類任務，”梅森在上個月在華盛頓特區舉行的“人類登陸火星峰會”上說。
未來人類探險的最大電力需求是執行裝置以生產燃料、空氣和水，以及執行棲息地和為探測車和科學裝置充電。 梅森在“人類登陸火星峰會”上表示，NASA 設想向火星傳送四到五個小型裂變反應堆，每個反應堆能夠產生約 10 千瓦的電力。
這些裝置將在冷態下發射，並在到達目的地後啟用。
梅森說：“它們在發射時不會執行，而一旦你為 RTG 加註燃料，它就會執行，你必須處理熱輸出。” “反應堆在發射時也具有非常低的放射性物質清單——少於 5 居里——所以它是良性的……在反應堆啟動之前沒有裂變產物，只有那時才會有一些輻射。”
Kilopower 專案的合作伙伴包括 NASA 格倫研究中心、能源部、洛斯阿拉莫斯國家實驗室和 Y12 國家安全綜合體，後者提供反應堆的鈾。
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