
大家都知道,月球上没有电!按照我们日常习惯来说。电力就存在于插座中,为我们的茶壶和电视提供动力……
阿波罗 11 号任务的宇航员在登陆月球时就知道这种情况。尼尔·阿姆斯特朗后来在回忆录中写道,月球表面让他想起了哈萨克斯坦的草原,但有一点不同——那里没有任何电线。
美国宇航局意识到电力将成为月球基地需要解决的一个问题,因此十多年来一直在努力开发紧凑型核反应堆。毕竟,如果没有电:你不能刮胡子,不能看电视,不能熨烫宇航服。显然,未来的月球殖民者在月球表面,以及最终在火星上,将迫切需要强大的自主能源!
是的,阿尔特弥斯计划设想在月球南极建立一个可居住的月球基地,那里有持续照明的区域,并且可以利用太阳能。然而,月球上有些地方几乎总是黑暗的。这里的太阳几乎不会升过地平线,因此必须几乎垂直地放置能够为居住基地提供电力的大型太阳能电池板。这并不是一件容易的事情。
无论如何,在其他纬度,月夜平均持续 14.5 个地球日。因此,一个不依赖太阳发电的系统至关重要。
美国宇航局也正在朝这个方向努力。本世纪的第一个十年,该机构发起了FSP(裂变表面能)计划。其任务是研发能够在月球和火星表面运行的核反应堆。

月球基地核反应堆的概念。右边是散热器扩大的反应堆;中心是电源转换器(布莱顿或斯特林);左边是一个可居住基地(NASA)。
FSP 计划最初的目标是建造一座重 5.8 吨、可产生高达 40 千瓦电力的原型反应堆。其冷却系统采用钠钾合金(NaK),反应堆的设计使用寿命为8年。
在花费了大约5000万美元后,开发人员建造了一个没有装载核燃料的测试设施。事情就这样结束了。
2015 年,FSP 计划让位于一项更为温和的计划,名为 Kilopower。
最新版本的 Kilopower 反应堆重 400 公斤,设计功率为 1 千瓦,可运行 10 年,只需极少的维护。与 FSP 计划不同,该计划不使用二氧化铀,而是提议使用钠冷铀钼燃料。
随着 KRUSTY 反应堆原型的诞生和约 2000 万美元的投入,Kilopower 计划在上个十年末达到顶峰。

上个十年末开始的月球表面千伏反应堆的概念(NASA)。
“Kilopower”计划已经被“FSP 2.0”取代(尽管“2.0”不再正式使用)。
这次决定将这项工作交给一家私人公司。
2022 年,NASA 和能源部 (DoE) 向三家不同的公司授予了三份价值 500 万美元的合同,用于开发太空反应堆。与 Kilopower 或原始 FSP 不同,对该反应堆没有特定要求,尽管 NASA 表示希望该反应堆能够产生约 40 千瓦的电力并且重量不超过 6 吨。美国宇航局还希望该反应堆能够在几乎不需要人工干预的情况下运行至少十年。 (这就是他们最初想要从“FSP”那里得到的)。
第一轮的三支获胜队伍分别是:洛克希德·马丁公司领导与 BWXT 和 Creare 合作的队伍,西屋公司领导与 Aerojet Rocketdyne 合作的队伍,以及最后的由 Intuitive Machines 领导的第三支队伍,该队伍还包括 X-Energy、Maxar 和波音公司。
艺术家选择过程的第一阶段已经完成。 NASA 表示,将在 2025 年第二阶段开始之前继续资助与这些团体签订合同以收集更多信息。竞赛的这一阶段将最终选出一支队伍,并建造一座将于下个十年初部署在月球上的运行反应堆。
此类反应堆的一个有趣特征是其发电方式。陆地反应堆使用的涡轮机体积巨大,且需要经常维护,因此不适合用于太空应用。
这就是为什么西屋公司和洛克希德马丁团队的反应堆采用一种特殊的解决方案——布雷顿转换器,而直觉机器的反应堆将按照斯特林循环原理运行。
与设计用于在月球或火星表面之下运行的 Kilopower 不同,FSP 反应堆可以在着陆器或探测车的顶部运行。因此它们每年产生的剂量不应超过 5 雷姆。
FSP的当前概念是,反应堆将由三部分组成:一个装有反应堆本身的平台,距离可居住基地至少一公里;另一个平台位于 50 米外,将安装斯特林或布雷顿变流器;远程控制或反应堆控制装置。
需要提醒大家的是,除了FSP计划之外,NASA还在同步实施Draco计划,以研制搭载核反应堆的热发动机。
对这项技术如此大的兴趣并不奇怪,因为美国在整个太空探索历史上只将一座核反应堆发射到轨道上,即1965年的SNAP-10A。 (作为比较:苏联向太空发射了 35 枚类似的 Buk 和 Topaz 导弹。)
除美国外,目前只有中国在积极研制用于太空的核反应堆。
显然,人们对这个非常有趣的话题重新产生了兴趣。

FSP 反应堆概念(NASA)。