随着 NASA 制定未来将人类送往火星的计划，该机构正在努力填补的关键技术空白之一是如何为红色星球表面提供足够的电力，以用于燃料生产、栖息地和其他设备。 一种选择是：小型核裂变反应堆，其工作原理是分裂铀原子以产生热量，然后将热量转化为电力。
NASA 的技术开发部门已经资助了一个名为 Kilopower 的项目三年，旨在内华达州拉斯维加斯附近的国家安全基地演示该系统。 测试计划于 9 月开始，于 2018 年 1 月结束。
NASA 上一次测试裂变反应堆是在 20 世纪 60 年代的辅助核动力系统 (SNAP) 计划期间，该计划开发了两种类型的核动力系统。 第一种系统——放射性同位素热电发生器 (RTG)——利用放射性元素（如钚）自然衰变释放的热量。 多年来，RTG 为数十个太空探测器提供动力，包括目前正在火星上探测的好奇号探测车。 [核发电机为 NASA 深空探测器供电（信息图）]
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SNAP 下开发的第二项技术是原子裂变反应堆。 SNAP-10A 是第一个——也是迄今为止唯一一个——在美国太空运行的核电站。 SNAP-10A 于 1965 年 4 月 3 日发射升空，运行了 43 天，产生 500 瓦的电力，之后由于不相关的设备故障而结束了演示。 该航天器仍留在地球轨道上。
俄罗斯在开发和飞行由小型裂变反应堆驱动的航天器方面更为活跃，其中包括 30 颗雷达海洋侦察卫星 (RORSAT)，这些卫星在 1967 年至 1988 年间飞行，以及更高功率的 TOPAZ 系统。 TOPAZ 是热离子实验与活性区转换的首字母缩写词。
核能复兴
自 SNAP 计划以来的 50 年，NASA 资助了多项核动力技术工作，但财政、政治和技术问题阻碍了发展。 三年前，该机构的变革性发展计划支持了 Kilopower，目标是在 2017 年 9 月 30 日（当前财政年度结束时）之前建造和测试小型裂变反应堆。 该项目的成本约为 1500 万美元。
“这将是自 20 世纪 60 年代 SNAP 计划以来，我们首次运行可用于太空的裂变反应堆，”负责 NASA 克利夫兰格伦研究中心电力和储能技术开发的李·梅森说。
9 月的测试旨在验证 Kilopower 的设计和性能。 梅森说，在那之后，NASA 将准备好继续开发更高保真度的系统，以便在火星或其他地方进行测试。
测试反应堆高约 6.5 英尺（1.9 米），设计用于产生高达 1 千瓦的电力，但为了降低成本，测试单元不包括全套斯特林发动机，以将裂变过程产生的能量转化为热量。 梅森在接受 Space.com 采访时表示，热模拟器将用于发动机的其余部分，以验证反应堆的功率输出。
在 2010 年对 RTG 系统选项进行研究后，NASA 对裂变的兴趣重新浮出水面。
梅森说：“当时，我们试图找到一种小型裂变反应堆，它可以提供与放射性同位素动力系统类似的功率输出。”
NASA 工程师认为，人类前往火星的探险需要一个能够产生约 40 千瓦电力的系统，这大约相当于“地球上八户房屋”所需的电力，据该机构称。 好奇号的 RTG 设计用于提供约 125 瓦的功率——比微波炉所需的能量还少——尽管功率水平会随着放射性钚的衰变而下降。 [人类火星基地如何运作？ NASA 在图像中的愿景]
太阳能是另一种选择，但这会将发电限制在能够获得足够阳光为电池充电的区域。 例如，在月球的沙克尔顿陨石坑内——由于其水资源，它是月球探测任务的主要候选地——那里完全黑暗。 火星上阳光最充足的地方仅接收到地球约三分之一的阳光。
“如果你想在任何地方着陆，地面裂变能是实现这一目标的关键策略，”NASA 约翰逊航天中心工程师米歇尔·鲁克在 12 月向 NASA 未来太空行动工作组的演示中说。
裂变反应堆还可以在恶劣的天气条件下继续工作，例如火星上普遍存在的沙尘暴。
“我们已经在火星上着陆了一些非常酷的东西，它们拥有一些非常出色的动力系统……但它们不足以支持人类任务，”梅森在上个月在华盛顿特区举行的“人类登陆火星峰会”上说。
未来人类探险的最大电力需求是运行设备以生产燃料、空气和水，以及运行栖息地和为探测车和科学设备充电。 梅森在“人类登陆火星峰会”上表示，NASA 设想向火星发送四到五个小型裂变反应堆，每个反应堆能够产生约 10 千瓦的电力。
这些装置将在冷态下发射，并在到达目的地后激活。
梅森说：“它们在发射时不会运行，而一旦你为 RTG 加注燃料，它就会运行，你必须处理热输出。” “反应堆在发射时也具有非常低的放射性物质清单——少于 5 居里——所以它是良性的……在反应堆启动之前没有裂变产物，只有那时才会有一些辐射。”
Kilopower 项目的合作伙伴包括 NASA 格伦研究中心、能源部、洛斯阿拉莫斯国家实验室和 Y12 国家安全综合体，后者提供反应堆的铀。
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