美国宇航局的核视野：为月球、火星及其他地区开创裂变能

美国宇航局正在推进其裂变表面动力项目，为月球开发核裂变反应堆，重点是自主性、安全性和长期运行。这项工作旨在支持人类在月球上的持续存在，并有可能在火星上应用。

美国宇航局正在结束其裂变表面动力项目的初始阶段，该项目的重点是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的月球演示，并为火星的未来设计提供信息。

美国宇航局在 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始设计;其功率转换、散热以及电源管理和配电系统;估计费用;以及一个开发计划，可以为人类在月球表面的持续存在至少10年铺平道路。

在月球上展示核能

“需要在月球上展示核动力源，以表明它是一种安全，清洁，可靠的选择，”华盛顿NASA总部NASA空间技术任务理事会技术演示任务项目主任Trudy Kortes说。“从技术角度来看，月球之夜具有挑战性，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努力的有利选择。

虽然太阳能发电系统对月球有限制，但核反应堆可以放置在永久阴影区域（可能有水冰的地方）或在月球夜晚连续发电，月球夜晚长达14个半地球日。

美国宇航局将这个初始反应堆的要求设计为开放和灵活，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;它们彼此都非常独特，“克利夫兰NASA格伦研究中心的裂变表面功率项目经理Lindsay Kaldon说。“我们没有故意给他们很多要求，因为我们希望他们跳出框框思考。”

技术要求和安全注意事项

然而，美国宇航局确实规定，反应堆应保持在6公吨以下，并能够产生40千瓦（kW）的电力，确保有足够的电力用于演示目的，并为运行月球栖息地、漫游车、备用电网或科学实验提供额外的电力。在美国，40 kW 平均可以为 33 户家庭提供电力。

美国宇航局还设定了一个目标，即反应堆应该能够在没有人为干预的情况下运行十年，这是其成功的关键。安全性，尤其是辐射剂量和屏蔽，是该设计的另一个关键驱动因素。

除了设定的要求之外，合作伙伴关系还设想了如何远程启动和控制反应堆。他们确定了潜在的故障，并考虑了不同类型的燃料和配置。让地面核电公司与具有太空专业知识的公司结成对子，可以产生广泛的想法。

展望未来：第 2 阶段及以后

美国宇航局计划延长第一阶段的三个合同，以在第二阶段之前收集更多信息，届时将征求工业界设计最终的反应堆，以便在月球上展示。Kaldon说，这些额外的知识将帮助该机构设定第二阶段的要求。

“我们从三个合作伙伴那里得到了很多信息，”Kaldon说。“我们必须花一些时间来处理这一切，看看进入第二阶段有什么意义，并从第一阶段中抽取最好的东西来设定要求，以设计一个低风险的系统向前发展。

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2030年代初。在月球上，反应堆将完成为期一年的演示，然后是九个运行年。如果一切顺利，反应堆设计可能会更新，以便在火星上使用。

除了为第二阶段做准备外，美国宇航局最近还授予了劳斯莱斯北美技术公司、布雷顿能源公司和通用电气公司开发布雷顿电源转换器的合同。

核裂变过程中产生的热能必须在使用前转化为电能。布雷顿变频器通过利用热量差异来旋转变频器内的涡轮机来解决这个问题。然而，目前的布雷顿转换器浪费了大量热量，因此美国宇航局向公司提出挑战，要求提高这些发动机的效率。