圖：月球上核裂變能源系統(tǒng)概念渲染圖
NASA空間技術任務局核技術組合負責人安東尼 · 卡洛米諾 (Anthony Calomino)表示，該計劃是在本世紀 20 年代末之前開發(fā) 10 千瓦級的核裂變動力系統(tǒng)，在月球上進行演示。NASA 將在地球上進行制造組裝，然后進行安全測試，以確保其正常運行。
該核裂變動力系統(tǒng)將與月球著陸器結合，然后被運載火箭送到繞月軌道上。著陸器會將該系統(tǒng)送到月球表面，并可以立即運行，不需要額外的組裝。這次演示預計將持續(xù)一年時間，最終可能支持在月球、火星、甚至在更遙遠的太空進行更長時間的任務。
卡洛米諾說：“一旦這項技術通過演示得到認證，未來的系統(tǒng)就可以擴大規(guī)模，或者多個裝置可以共同用于月球和火星的長期任務。四個機組，每個機組提供 10 千瓦電力，足以滿足月球或火星前哨基地的需求。核裂變動力系統(tǒng)在行星表面產生大量電力，這將使大規(guī)?？碧?、建立人類前哨基地和就地利用資源成為可能，同時也為商業(yè)化提供了機會。”
NASA 正在與核研究機構愛達荷州國家實驗室 (INL)合作。但這個計劃現實嗎?六年后交付是否可能?INL 太空核能和同位素技術部主任史蒂夫 · 約翰遜 (Steve Johnson)認為完全可行。他說：“我們能夠利用多年來在先進燃料和材料方面的研發(fā)成果，以及最近的太空商業(yè)化運輸的進展來降低延遲完工的風險，以實現 2026 年的預定目標。”
核電站將如何運作?
卡洛米諾說，確保這個項目成功的關鍵技術是核反應堆、電力轉換、散熱和太空飛行技術。他表示：“低濃縮度的核燃料將為核芯提供動力。小型核反應堆會產生熱量，這些熱量會通過電力轉換系統(tǒng)變?yōu)殡娔埽浾{節(jié)后分配給月球和火星表面的用戶設備。散熱技術對于保持設備正常運行的溫度也很重要。”
約翰遜稱，除了過去幾十年的研發(fā)外，致力于創(chuàng)建核反應堆、電力轉換、散熱和太空飛行技術的現有物理基礎設施，將使 2026 年的目標成為可能。他說：“我們可以利用國家實驗室現有的設施和技術專長來支持這一重要方案，以實現最終目標。在 INL，我們支持未來幾個月的行業(yè)和伙伴的努力，以設計這個演示反應堆，將航空航天、核能和電力公司聯合起來，共同實現里程碑式的成就。”
圖：SpaceIL 的 Beresheet 探測器在軌道上拍攝的月球照片
卡洛米諾說，NASA 已經與美國能源部合作，他們將共同制定任務和系統(tǒng)要求。INL 將管理核裂變動力系統(tǒng)的研發(fā)合同，包括反應堆和防護系統(tǒng)、電力轉換系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)以及電力管理和分配系統(tǒng)。他說：“核裂變動力系統(tǒng)將以每年提供 10 千瓦電力的能力運行 10 年左右。”他補充說，10 千瓦電力大致相當于為 3 到 4 個大家庭供電。
卡洛米諾表示，為了衡量行業(yè)的興趣并征求該項目的設計方案，INL 向行業(yè)征集信息，并且已經收到了 22 份書面回復，這些回復的公司都來自航空航天、核能和電力轉換行業(yè)。
雖然卡洛米諾沒有透露這些公司的名字，但他稱這些公司在制造核反應堆、開發(fā)航天技術以及制造業(yè)擁有豐富經驗，而這些行業(yè)正是這個特殊項目所需的專門設備行業(yè)。他補充說，NASA 和美國能源部計劃在 2021 年初發(fā)布初步設計合同建議書，特別是與核裂變有關的建議書。未來的合同授予價值仍有待確定。
卡洛米諾說：“政府計劃授予多個短期合同，以開發(fā)初步設計，然后再授予最終飛行硬件開發(fā)的大合同。”該項目預計各公司將組建專門團隊，開發(fā)動力系統(tǒng)所需的所有技術。這個項目非常復雜，因為它需要整合不同的工程技能。畢竟，專門從事核反應堆開發(fā)的公司，可能沒有開發(fā)航天設備或電力轉換系統(tǒng)的企業(yè)知識或經驗。”此外，可能還需要其他專門的通信設備、傳感器、電力轉換技術和熱傳遞技術，這些技術通過建立合作伙伴關系而獲得最為有效。
月球核反應堆安全嗎?
在普通人看來，在月球上建造核反應堆的想法可能不同尋常，甚至覺得極其危險。就業(yè)機構 Get Into Nuclear 的創(chuàng)始人安德魯 · 克拉布特里 (Andrew Crabtree)表示，雖然這項工程有很多因素需要考慮，但并不需要考慮在太空使用核能是否安全的問題。
克拉布特里說：“核能以前在太空中使用過無數次。自 1969 年 11 月阿波羅 12 號成功經受住巨大的溫度變化以來，原子能一直在月球上運行。阿波羅 12 號標志著首次在月球上使用核電系統(tǒng)。”他還說，擔心太空受到污染純屬杞人憂天。
但環(huán)保企業(yè)的盈利和營銷顧問謝爾 · 霍洛維茨 (Shel Horowitz)表示，在月球上建造核電站將是徒勞的，而且完全沒有必要。 他說：“隨著太陽能、風能和小型水電系統(tǒng)提供的清潔能源的成本迅速下降，再加上我們通過節(jié)約能源實現的效率不斷提高，沒有理由建立耗時、昂貴且令人擔憂的核電站。沒有它，我們也可以滿足能源需求。”
作為回應，卡洛米諾說，這個項目很可能需要使用霍洛維茨引用的諸多可再生能源。未來執(zhí)行的其他任務可能也需要它們，但在太空運行的挑戰(zhàn)是獨特的，這可能會使利用可再生能源變得不切實際。
他說：“這些任務可能需要各種各樣的太陽能、電池、放射性同位素以及核裂變動力系統(tǒng)，以滿足廣泛的苛刻要求。在太陽能、風能和水力發(fā)電不容易獲得的地方，核電是必要的。例如，在火星上，太陽的能量在不同季節(jié)變化很大，沙塵暴可能會持續(xù)幾個月。在月球上，寒冷的月球夜晚持續(xù) 14 天，而兩極附近的光照變化很大，永久陰影下的隕石坑里根本沒有陽光。在這些具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中，利用陽光發(fā)電是困難的，燃料供應也很有限。而核電提供了一種輕便、可靠和高效的解決方案。”
為商業(yè)建筑行業(yè)推廣可再生能源的梅林克公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官，史蒂夫 · 梅林克 (Steve Melink)說，還有其他因素需要考慮。他問道：“當出問題時，尤其是緊急問題，我們將如何解決?”
梅林克建議 NASA 使用太陽能光伏發(fā)電，他說這種技術已經被用于太空發(fā)電，并稱這是個更實用的解決方案。梅林克表示：“在過去的 10 年里，太陽能光伏的成本下降了很多，以至于地球上各地的公共設施、企業(yè)和學校都在安裝太陽能光伏，它不存在熔毀、放射性污染和完全斷電等災難性風險。隨著時間推移，太陽能是確保冗余性和可擴充性的最終解決方案。”
盡管存在這些擔憂，卡洛米諾表示，確保安全始終是 NASA 的首要任務。該項目仍需通過國家環(huán)境政策法案的審批程序，其中包括評估該項目的環(huán)境影響，動力系統(tǒng)的設計將使核燃料在到達月球表面之前不會被激活?？迕字Z說：“與地面反應堆不同的是，太空沒有移除或更換核燃料的打算。”
卡洛米諾說，在其為期 10 年的任務結束時，還有一項安全退役該設施的計劃。他表示：“在任務結束時，系統(tǒng)將關閉，輻射水平將逐漸降低到人類接觸和處理的安全水平。使用過的系統(tǒng)可以轉移到一個遠程存儲位置，在那里它們不會對宇航員或環(huán)境構成任何威脅。”
圖：藝術家對人類火星基地的構思，其剖切面揭示了內部園藝區(qū)
Liberty BioSecurity 首席醫(yī)療創(chuàng)新官何塞 · 莫雷博士(Jose Morey)說，即使月球上的核電設施發(fā)生事故，也不會對地球構成什么風險。這是因為地球受到大氣層的保護，阻擋了外層空間產生的致命輻射。他說：“輻射的形式多種多樣，宇宙射線是其中傷害最強的一種，宇宙中充斥著這種輻射。其他形式的輻射也隨處可見。”
莫雷博士補充說，有些表示有興趣參與的公司包括藍色起源公司和 BWXT。雖然這一努力還在起步階段，但它表明核能行業(yè)仍在探索新的領域。他表示：“核能一直是一種非常清潔、有效的能源。從現實角度來看，這將是太空探索的關鍵。更重要的是，這對于人類成為一種多行星物種至關重要。在發(fā)現下一種高效、清潔的能源之前，太空探索的新曙光將使核工業(yè)復蘇。“
