近期，朋友圈被美国NASA一项太空核动力技术进展刷屏了！NASA正在研发一种空间核动力装置——小型裂变反应堆，希望为人类在火星的活动提供能源，如果研制成功，那么人类探索太空的努力将会前进一大步。虽然这个项目还在研制阶段，但为人类梦寐以求的深空探测点燃了希望。

人类在火星上虽然可以利用太阳能，但在火星上接收的太阳能仅为在地球上接收太阳能的三分之一，因此NASA提出了另一个比较可行的方案——研制小型核裂变反应器。

NASA三年来一直在资助一个名为“千瓦级动力”（Kilopower）的小型核裂变发电项目，这种小型核裂变反应器高约两米，可通过铀原子裂变产生热量，进而转化成电能。NASA最近已经完成了第一个关键系统“小型核裂变电源系统”（FPS）的可行性研究，计划2017年9月~2018年1月对该系统进行测试。

国际上在空间核动力的研究也并非一时兴起，早在冷战时期美苏两国就开展了大量的探索性研究。空间核动力装置对核反应堆小型化等技术要求极高，目前只有美国和俄罗斯两个航天和核技术强国掌握。

美国空间核动力战略

美国发展的第一个空间核动力装置是1965年发射的核反应堆供电卫星SANP-10A。作为世界上第一颗核反应堆供电卫星，反应炉长0.37米，宽0.224米，总重290千克，每年产生大约600瓦特的电量。

SNAP-10A卫星设计图，核反应堆放置在卫星前端圆锥体顶部

然而，SNAP-10A工作了仅43天，就因部件出现了异常，不得不终止任务并关闭核反应堆。随后SNAP-10A和核反应堆一起被送入了1300千米高度的废弃轨道，SNAP-10A也成为美国迄今为止发射过的唯一一个核反应堆卫星。

继SNAP-10A之后，另一种发电量较小但却更安全保险的核动力装置应运而生，这便是放射性同位素热电机（RTG）。严格意义上讲RTG其实更像电池，是一种利用放射性衰变获得能量的发电机。由于不需要对高温核裂变反应进行精密调控，RTG更易控制且辐射更少，甚至可以在宇航员附近使用。

放射性同位素热电机经典构造

RTG在阿波罗计划中的出色表现为深空探测器找到了可靠的电力来源，从早期的维京1号2号、先驱者10号11号、旅行者1号2号，尤利西斯号，到近期的伽利略号、卡西尼号、新视野号，再到5年前的好奇号火星车，RTG的身影可谓贯穿NASA几乎所有深空探测计划。

但放射性同位素电源的热电转换效率低，输出电功率难以满足深空探测器需要电力，因此才出现了新闻中提到的千瓦级FPS，它将作为未来深空探测的重要动力来源。

俄罗斯空间核动力战略

俄罗斯在太空核动力的研究主要集中在核动力卫星和核动力火箭。

在核动力卫星研发方面，由于太阳能不给力，正处于冷战太空竞赛的前苏联工程师们自然地选择了核能。在快中子反应堆的基础上，前苏联核工程师研发了太空专用的小型BES-5反应堆。1967年至1988年3月14日，在US-A间谍卫星项目中，先后将33颗核动力卫星送入轨道，其中31颗使用的是BES-5型反应堆。

US-A系列卫星，核反应堆燃料棒放置于卫星前段的圆柱体内

为进一步提升反应堆性能，前苏联1970年研制了更为先进的TOPAZ反应堆，并在US-A项目中的“宇宙-1818”和“宇宙-1867”卫星成功应用。

TOPAZ反应堆等比模型，注意看和图右椅子大小对比

TOPAZ反应堆的成功运行充分验证了卫星载核反应堆的可行性。然而，由于发射失败、卫星失联等系列事故，US-A间谍卫星项目在1988年被迫取消，苏联核反应堆卫星也宣告终结。

在核动力火箭研究方面，俄罗斯在2016年公布了一项空间核动力计划，目的是大幅缩短发射火箭至火星所需时间（从18个月缩减至仅6个星期），并利用核能推进解决航空器无法从火星往返的问题。如果该项目成功实施，俄罗斯有可能赶在美国之前实现首次将人送至火星。

此外，在刚刚结束的第九届“Atomexpo-2017”论坛上展示了一个“核电池”原型，据说可以为电子器件供电50年，还可以应用于航空航天等领域。

中国的空间核动力战略计划

我国在空间核动力的相关研究起步较晚，相对美俄还比较落后。近年听说过的唯一应用就是在月球车“玉兔号”上用于防止月球车“夜间”被“冻”死。

所幸，近年来我国已经在小型反应堆方面已经开展了相关研究。例如，2016年中科院提出的只有集装箱大小的“核电宝”装置，以满足海岛、海洋平台、偏远地区的供电需求，有望五年左右造出原型反应堆；在2017年第十二届中国国际核电工业展上，中核集团展览了模块式小型反应堆“玲珑一号”，可以为偏远地区的中小型电网、海洋资源开发等供电，并可以用于海水淡化等。

近年，我国已经结合当前的自身现状和优势，制定了我国的空间核动力研究计划，“空间核动力”也已列入国家“十三五”规划，小型堆的研究必将为我国在将来的空间核动力战略计划提供非常好的支持。

继原子弹、氢弹、核动力潜艇、核动力航母等重大战略性技术获得突破之后，大国之间的霸权争夺已经转向了浩渺无垠的太空。虽然目前我国在空间核动力方面还相对落后，但小型反应堆的技术积累配合国家的合理规划和布局，未来还是非常值得期待的。

相关资料

1.NASA将测试空间核裂变电源系统

https://635792.kuaizhan.com/57/80/p4458021632f39a

2.中国将在陆地、海上、外太空和平利用核能--国防科工局副局长王毅韧谈“十三五”核工业新亮点

http://news.xinhuanet.com/tech/2017-02/14/c_1120466822.htm

3. NASA将测试空间核裂变电源系统

https://635792.kuaizhan.com/57/80/p4458021632f39a

4.为移民火星供电？ NASA将测试小型铀核裂变反应器

http://news.china.com/news100/11038989/20170705/30914835.html

5. New and Improved Antimatter Spaceship for Mars Missions

https://www.nasa.gov/exploration/home/antimatter_spaceship.html

6. Nasa to test technology for potential future human colony on Mars

http://www.independent.co.uk/news/science/nasa-mars-colony-potential-kilopower-uranium-lee-mason-us-department-of-energy-a7819601.html

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