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美國宇航局(NASA)和美國能源部將征求行業建議，以便在月球和火星上建造核電站以支持其長期太空探索計劃。該提案旨在建立核裂變動力系統，目標在2026年之前讓飛行系統、月球著陸器以及核反應堆就位。

圖：月球上核裂(lie)變(bian)能源系統概念渲染圖

NASA空間(jian)技術(shu)任(ren)務局核技術(shu)組合負(fu)責(ze)人安東尼·卡洛(luo)米(mi)諾(Anthony Calomino)表示，該計劃是在本世(shi)紀20年代末之(zhi)前開發10千瓦級(ji)的核裂變動力系(xi)統，在月球上進(jin)行(xing)演示。NASA將在地球上進(jin)行(xing)制造組裝(zhuang)，然后進(jin)行(xing)安全(quan)測試，以確(que)保其(qi)正常運行(xing)。

該核裂變(bian)動力(li)系統(tong)將與月(yue)球(qiu)(qiu)著陸(lu)器結合，然后被運載火(huo)箭送到繞(rao)月(yue)軌道上(shang)。著陸(lu)器會(hui)將該系統(tong)送到月(yue)球(qiu)(qiu)表面，并可以立即運行，不(bu)需要額外的(de)組裝。這次(ci)演示預(yu)計將持續(xu)一(yi)年時間(jian)，最終可能支持在月(yue)球(qiu)(qiu)、火(huo)星、甚至在更遙遠的(de)太空進(jin)行更長(chang)時間(jian)的(de)任務。

卡洛米諾說(shuo)：“一旦(dan)這(zhe)項技術通過演示(shi)得到認證，未(wei)來的(de)系(xi)統就(jiu)可以(yi)擴大(da)規模，或者多個(ge)裝置可以(yi)共同用于月(yue)球(qiu)和(he)火星的(de)長期任務。四個(ge)機(ji)組，每個(ge)機(ji)組提供(gong)10千瓦電力(li)，足(zu)以(yi)滿(man)足(zu)月(yue)球(qiu)或火星前(qian)哨基地(di)(di)(di)的(de)需求。核裂(lie)變(bian)動力(li)系(xi)統在行星表面產生大(da)量(liang)電力(li)，這(zhe)將使大(da)規模勘探、建(jian)立(li)人類(lei)前(qian)哨基地(di)(di)(di)和(he)就(jiu)地(di)(di)(di)利用資源成(cheng)為(wei)可能，同時也為(wei)商業化提供(gong)了機(ji)會。”

NASA正(zheng)在(zai)與核研究機(ji)構愛達(da)荷州國家實驗室(INL)合作。但這個計劃(hua)現實嗎？六(liu)年(nian)后交(jiao)付是否可(ke)能(neng)(neng)？INL太空核能(neng)(neng)和同位素技術部主任史蒂夫(fu)·約翰遜(Steve Johnson)認為完(wan)全可(ke)行。他說：“我們能(neng)(neng)夠利(li)用多(duo)年(nian)來(lai)在(zai)先(xian)進(jin)燃料和材料方面的(de)研發成果，以(yi)及最近的(de)太空商業化運輸(shu)的(de)進(jin)展來(lai)降低延遲完(wan)工的(de)風險，以(yi)實現2026年(nian)的(de)預定目標。”

核電站將如何運作？

卡洛米諾(nuo)說，確保(bao)這(zhe)個項目(mu)成(cheng)功(gong)的(de)關鍵(jian)技(ji)術是核(he)(he)反應堆(dui)(dui)、電(dian)力(li)轉換(huan)、散熱(re)(re)和太空飛行(xing)技(ji)術。他表示：“低濃縮度的(de)核(he)(he)燃料將為核(he)(he)芯提供動力(li)。小型核(he)(he)反應堆(dui)(dui)會產生熱(re)(re)量(liang)，這(zhe)些熱(re)(re)量(liang)會通過電(dian)力(li)轉換(huan)系(xi)統變為電(dian)能，經調節后分配給(gei)月球和火(huo)星表面的(de)用戶設備。散熱(re)(re)技(ji)術對于保(bao)持設備正(zheng)常運行(xing)的(de)溫度也很(hen)重要。”

約翰遜稱，除了(le)過(guo)去幾十年(nian)的(de)(de)研發外，致(zhi)力(li)(li)于創建核反(fan)應(ying)堆(dui)、電力(li)(li)轉(zhuan)換、散熱和(he)(he)太空(kong)飛行(xing)技(ji)術的(de)(de)現(xian)有物理基礎設(she)施，將(jiang)使2026年(nian)的(de)(de)目標(biao)成(cheng)為(wei)可能。他說：“我們可以利(li)用國家實(shi)驗室現(xian)有的(de)(de)設(she)施和(he)(he)技(ji)術專長來(lai)支(zhi)持這一重要方案，以實(shi)現(xian)最終目標(biao)。在INL，我們支(zhi)持未來(lai)幾個(ge)月的(de)(de)行(xing)業和(he)(he)伙伴的(de)(de)努力(li)(li)，以設(she)計這個(ge)演示反(fan)應(ying)堆(dui)，將(jiang)航空(kong)航天(tian)、核能和(he)(he)電力(li)(li)公司聯合起(qi)來(lai)，共同(tong)實(shi)現(xian)里程(cheng)碑(bei)式的(de)(de)成(cheng)就。”

圖：SpaceIL的Beresheet探測器在軌道上拍攝的月球照片

卡洛(luo)米諾說(shuo)，NASA已經與(yu)美國能(neng)源部合(he)作(zuo)，他(ta)(ta)們將共同制定任務和(he)系(xi)(xi)統(tong)(tong)要求。INL將管理(li)核裂(lie)(lie)變動(dong)力系(xi)(xi)統(tong)(tong)的研發合(he)同，包括(kuo)反應(ying)堆和(he)防護(hu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)、電力轉換系(xi)(xi)統(tong)(tong)、散熱系(xi)(xi)統(tong)(tong)以(yi)及電力管理(li)和(he)分配系(xi)(xi)統(tong)(tong)。他(ta)(ta)說(shuo)：“核裂(lie)(lie)變動(dong)力系(xi)(xi)統(tong)(tong)將以(yi)每年(nian)提供10千(qian)瓦電力的能(neng)力運行10年(nian)左右。”他(ta)(ta)補充說(shuo)，10千(qian)瓦電力大(da)致相當(dang)于為(wei)3到(dao)4個(ge)大(da)家庭供電。

卡洛米諾表示(shi)，為了衡量行業的興趣并征求(qiu)該項(xiang)目(mu)的設計方案，INL向行業征集(ji)信息，并且已(yi)經收到了22份書面回(hui)復，這些(xie)回(hui)復的公司都來自航空航天、核能和電力轉換(huan)行業。

雖然卡(ka)洛(luo)米諾沒有(you)透露這些(xie)公司(si)的(de)名字，但他(ta)稱這些(xie)公司(si)在制(zhi)造核反應堆、開發航天技術以及制(zhi)造業(ye)擁有(you)豐富經驗(yan)，而這些(xie)行業(ye)正是這個(ge)特(te)殊項目所需的(de)專門設(she)備行業(ye)。他(ta)補充(chong)說，NASA和美國(guo)能源部計(ji)劃在2021年初(chu)發布初(chu)步設(she)計(ji)合同建議書，特(te)別是與核裂變(bian)有(you)關的(de)建議書。未來的(de)合同授(shou)予價值仍有(you)待確定(ding)。

卡(ka)洛(luo)米諾說：“政府計(ji)劃授予(yu)多個短(duan)期合同(tong)，以開發(fa)初步(bu)設計(ji)，然后再授予(yu)最終飛行硬件開發(fa)的(de)大(da)合同(tong)。”該項目預計(ji)各公司將組建專門(men)團隊，開發(fa)動力(li)系統所需的(de)所有技(ji)(ji)術。這(zhe)個項目非常(chang)復雜，因(yin)為它需要整合不同(tong)的(de)工(gong)程技(ji)(ji)能。畢竟，專門(men)從事核反(fan)應堆開發(fa)的(de)公司，可能沒有開發(fa)航天設備或電(dian)力(li)轉換系統的(de)企業知(zhi)識或經驗。”此外，可能還需要其(qi)他專門(men)的(de)通信設備、傳(chuan)感(gan)器、電(dian)力(li)轉換技(ji)(ji)術和(he)熱傳(chuan)遞技(ji)(ji)術，這(zhe)些技(ji)(ji)術通過(guo)建立合作伙伴關系而獲得最為有效(xiao)。

月球核反應堆安全嗎？

在普通人(ren)看來(lai)，在月球上建造核(he)反應堆(dui)的想法可能不同尋常(chang)，甚至覺得極其危險(xian)。就業機構Get Into Nuclear的創(chuang)始人(ren)安(an)德(de)魯·克拉布(bu)特(te)里(Andrew Crabtree)表示，雖然這項工程有很多因素需要考慮(lv)，但并不需要考慮(lv)在太空使用核(he)能是否安(an)全的問(wen)題。

克拉(la)布特里(li)說：“核(he)(he)能以(yi)前在(zai)太(tai)空(kong)中使用過無數次。自1969年11月阿(a)(a)波(bo)羅(luo)12號(hao)成功經受住巨(ju)大的溫度變化(hua)以(yi)來，原子(zi)能一直在(zai)月球(qiu)上運行。阿(a)(a)波(bo)羅(luo)12號(hao)標志著首次在(zai)月球(qiu)上使用核(he)(he)電(dian)系統(tong)。”他還說，擔(dan)心太(tai)空(kong)受到污(wu)染純屬杞人憂天。

但環保(bao)企業的盈利和(he)營銷顧問謝爾·霍(huo)洛維茨(Shel Horowitz)表(biao)示，在月球上建造(zao)核電站將(jiang)是(shi)徒(tu)勞的，而且(qie)完全沒有(you)必(bi)要。他(ta)說(shuo)：“隨著太陽能(neng)(neng)、風能(neng)(neng)和(he)小型(xing)水電系統提供的清潔能(neng)(neng)源(yuan)的成本迅(xun)速下降(jiang)，再加上我們通過(guo)節約能(neng)(neng)源(yuan)實現的效率不斷提高，沒有(you)理由建立(li)耗時、昂(ang)貴且(qie)令人(ren)擔憂(you)的核電站。沒有(you)它(ta)，我們也可以(yi)滿(man)足能(neng)(neng)源(yuan)需求。”

作為回應，卡洛(luo)米諾說(shuo)，這(zhe)個項目很可(ke)能(neng)(neng)需要使用霍洛(luo)維茨引(yin)用的(de)諸多可(ke)再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)。未來(lai)執(zhi)行的(de)其他任務可(ke)能(neng)(neng)也需要它(ta)們(men)，但在(zai)太(tai)空運行的(de)挑戰是獨特的(de)，這(zhe)可(ke)能(neng)(neng)會使利用可(ke)再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)變得不切(qie)實際(ji)。

他(ta)說：“這些任務可能(neng)需要各種各樣(yang)的(de)(de)(de)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)、電(dian)池、放射性同位素(su)以及核裂變(bian)動力系統，以滿足廣泛的(de)(de)(de)苛刻要求。在(zai)(zai)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)、風能(neng)和(he)水(shui)力發電(dian)不容易獲(huo)得的(de)(de)(de)地方，核電(dian)是必要的(de)(de)(de)。例如，在(zai)(zai)火(huo)星上(shang)，太(tai)陽(yang)(yang)的(de)(de)(de)能(neng)量在(zai)(zai)不同季節(jie)變(bian)化很(hen)(hen)大，沙塵暴可能(neng)會持續幾個月(yue)。在(zai)(zai)月(yue)球(qiu)(qiu)上(shang)，寒冷的(de)(de)(de)月(yue)球(qiu)(qiu)夜(ye)晚持續14天(tian)，而(er)兩(liang)極附近(jin)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)照變(bian)化很(hen)(hen)大，永久(jiu)陰(yin)影下的(de)(de)(de)隕石坑(keng)里根本沒有(you)陽(yang)(yang)光(guang)(guang)。在(zai)(zai)這些具有(you)挑戰性的(de)(de)(de)環境中，利(li)用陽(yang)(yang)光(guang)(guang)發電(dian)是困難的(de)(de)(de)，燃料供(gong)應也很(hen)(hen)有(you)限(xian)。而(er)核電(dian)提供(gong)了一種輕(qing)便、可靠和(he)高效的(de)(de)(de)解決方案(an)。”

為商業建(jian)筑行業推廣可(ke)再生能(neng)源的梅林克(ke)公司(si)創始人(ren)兼(jian)首席執(zhi)行官，史蒂夫·梅林克(ke)(Steve Melink)說，還有其(qi)他因素需(xu)要考慮。他問(wen)道：“當出問(wen)題(ti)時，尤其(qi)是緊急(ji)問(wen)題(ti)，我們將如(ru)何解決？”

梅林(lin)克(ke)(ke)建議(yi)NASA使用(yong)太(tai)陽(yang)(yang)能光(guang)伏(fu)發(fa)電，他說這種技術已經被用(yong)于太(tai)空發(fa)電，并稱這是(shi)個(ge)更實用(yong)的(de)解決(jue)方(fang)案。梅林(lin)克(ke)(ke)表示：“在(zai)過去的(de)10年(nian)里，太(tai)陽(yang)(yang)能光(guang)伏(fu)的(de)成本下降了(le)很多，以至于地(di)球上(shang)各地(di)的(de)公共設施、企業和學(xue)校都在(zai)安(an)裝(zhuang)太(tai)陽(yang)(yang)能光(guang)伏(fu)，它不存在(zai)熔毀、放射(she)性(xing)(xing)(xing)污染(ran)和完全斷(duan)電等災難(nan)性(xing)(xing)(xing)風險。隨著時間推移，太(tai)陽(yang)(yang)能是(shi)確(que)保冗(rong)余(yu)性(xing)(xing)(xing)和可(ke)擴充性(xing)(xing)(xing)的(de)最(zui)終解決(jue)方(fang)案。”

盡管存在這些擔憂，卡洛(luo)(luo)米諾表(biao)示，確保(bao)安(an)全始(shi)終是(shi)NASA的(de)首要(yao)任務。該項目仍需通過國家環境政策法案的(de)審批(pi)程(cheng)序，其中包括評估該項目的(de)環境影(ying)響，動力系統的(de)設(she)計(ji)將使核燃(ran)料在到達月球(qiu)表(biao)面(mian)之前(qian)不會(hui)被激(ji)活。卡洛(luo)(luo)米諾說：“與地面(mian)反應堆不同的(de)是(shi)，太空(kong)沒有移除(chu)或更換核燃(ran)料的(de)打算。”

卡洛(luo)米諾(nuo)說，在其為期10年的(de)(de)任務結束(shu)時(shi)，還(huan)有一(yi)項安全退役該(gai)設施的(de)(de)計劃。他表(biao)示：“在任務結束(shu)時(shi)，系統(tong)將(jiang)關(guan)閉，輻射水平將(jiang)逐漸降低到(dao)(dao)人(ren)類接觸和處(chu)理的(de)(de)安全水平。使用過的(de)(de)系統(tong)可以轉移到(dao)(dao)一(yi)個遠程(cheng)存儲位置(zhi)，在那里(li)它們不會(hui)對宇航員或(huo)環境構成任何(he)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

Liberty BioSecurity首席醫療(liao)創新官何塞·莫(mo)雷博士（Jose Morey）說(shuo)，即使月(yue)球(qiu)上的(de)核電設施發生事(shi)故(gu)，也(ye)不(bu)會對地球(qiu)構成什么風險。這是因為地球(qiu)受到大(da)氣(qi)層的(de)保護，阻擋了外層空間產生的(de)致命(ming)輻射(she)。他說(shuo)：“輻射(she)的(de)形(xing)式(shi)多(duo)種多(duo)樣，宇宙射(she)線是其(qi)中(zhong)傷害最(zui)強的(de)一種，宇宙中(zhong)充斥著這種輻射(she)。其(qi)他形(xing)式(shi)的(de)輻射(she)也(ye)隨處可見(jian)。”

莫雷博士(shi)補充說，有些表(biao)示有興趣(qu)參與的(de)公(gong)司包括藍(lan)色起源公(gong)司和BWXT。雖然這一努力還在(zai)(zai)起步階段，但它表(biao)明核能行業仍在(zai)(zai)探索新(xin)的(de)領域。他表(biao)示：“核能一直是一種(zhong)非常(chang)清潔、有效(xiao)(xiao)的(de)能源。從現實角度來看(kan)，這將(jiang)是太空探索的(de)關(guan)鍵。更重要的(de)是，這對于人類成(cheng)為一種(zhong)多行星物(wu)種(zhong)至關(guan)重要。在(zai)(zai)發(fa)現下一種(zhong)高(gao)效(xiao)(xiao)、清潔的(de)能源之前(qian)，太空探索的(de)新(xin)曙光(guang)將(jiang)使核工業復蘇。”