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ANS | 低浓缩铀核热推进器:向火星进军

发布时间:2016-3-26 23:24 原作者:史维∙巴特尔   来自: 中国核网

在“火星之旅”的倡议下,美国国家航空航天局(NASA)正在研制能在二十一世纪三十年代把人类送上火星的航天工具。虽然,此计划得到公众和国会的支持,但是迄今为止,许多细节尚无定论。主要问题是,还没有任何确定的推进器类型能让人类到火星。

最近,NASA负责人查尔斯博尔登(Charles Bolden)在众议院空间小组委员会证实了关于NASA2017年的财政预算方案。博尔登表明他支持核热推进模式,他和NASA大多数人都相信“核热推进将可能会是登陆火星的最有效的的推进模式。”

核热推进器(NTP)技术从最初的核火箭发动机研究计划(Rover/NERVA program(1955-1972)开始已经获得了几个财政周期的资金支持,是一个研究很透彻的课题。在月球车计划(The Rover Program)中,虽然没有进行飞行测试,但是测试了 22种燃料核引擎。由于政治动机而非技术性问题,随着其他资金使用计划的启动,月球车计划被取消了。

    

图片出处维基百科,具有GNU自由文档许可证

NTP引擎的工作方式类似于一个化学发动机,氢气被加热到高温膨胀后通过喷嘴加速引擎了。在化工引擎中,热是由化学反应产生;在NTP引擎中,热是利用高功率密度的核反应堆产生的。氢气通过摄取堆芯中产生的热量而冷却堆芯。

相对于化学推进器, NTP具有更快的运输时间和较长的发射窗口,使宇航员减少宇宙辐照量,且增加了有效载荷能力,使更多的物资能够到达火星。

从历史角度看,为NTP引擎而造的反应堆之所以能用高浓缩铀(HEU)是因为它允许紧凑、高功率密度的反应堆被创造。不幸地是,从NTP引擎开始使用以来,高浓缩铀的使用需承担由巨大的扩散风险而引发的社会和政治责任。然而,最近研究显示,低浓缩铀(LEU)可以用来制造NTP引擎,并且,博尔登指出NASA目前正在研发一种“低品位核燃料”(低品位指LEU)使这些努力变得可能。

LEU-NTP是一种新的核动力推进器,消除高浓缩铀的核反应堆在空间系统中的典型应用类型。高浓缩铀的缺席使私营工业在NTP发展中发挥领导作用,使无核武器的美国各州可以从事NTP生产,减少扩散风险和成本,契合美国能源部高浓缩铀缩减任务。所有这一切的实现,没有牺牲曾经测试过的与高浓缩铀核能引擎设计相关的性能,也没有抛弃通过使用许多相同的历史设计中创建的子系统的多年的研究。

基于航天低温发动机计划(the Space Capable Cryogenic Thermal Engine Program),LEU-NTP反应堆的研究正在NASA的马歇尔太空飞行中心进行。学术机构和私营企业也在追求这一新技术。

NTP尽管已经是一门成熟的技术,然而,为了成功实现也将需要横跨多个部门的多年的研究努力。NTP研究获得了NASA 2016财政年度2000万美元的资助,而且这个资助将会顺延到2017年度。将来,非高浓缩铀反应堆堆芯的研制,将促使公众和私人机构都能参与进一步的研究。

基于官方的和民间的支持,核热推进器将促使NASA的愿景变为现实:有一天把人类在送到火星上。

 

史维巴特尔,美国德州农工大学核工程专业博士研究生 ,同时也是爱德华国家实验室空间核研究中心的研究员。他目前主要从事反应堆实验不确定性量化研究,以实现他成为核热推进器设计师的梦想。他是ANSTD的执行委员会成员。

 

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