美国国家航空航天局（NASA）一直将核电源技术视为提升美国太空探索能力的重要技术，在不断改进放射性同位素电源性能的同时，积极研制能满足更高动力需求的核裂变反应堆电源。

近期，NASA完成了“小型核裂变电源系统”（FPS）可行性研究，并计划于2017年9月～2018年1月对电功率约1千瓦的小型核裂变反应堆系统进行验证。这标志着NASA在研的太空核裂变电源系统即将进入分系统测试阶段，为后续研制千瓦级核电源奠定关键技术基础。

一、核电源是开展长期深空探测任务的必然选择

美国总统特朗普称，太空将是美国下一个伟大疆域，强调NASA应将重点转向载人航天探索与科学发现任务，包括载人登月和火星任务以及更远的深空任务。近日，美国国家航天委员会主席彭斯称，将制定政策以实现整个太阳系的载人航天探索。

无论在科学探索还是载人航天任务中，电源系统都至关重要。目前，航天器上大多采用太阳能电池和化学电池提供能源。但对于长期深空探测任务而言，不受环境影响、寿命长、安全可靠的核电源将成为必然选择。太空核电源是将核反应堆或者放射性同位素产生的热转化为电能，向航天器提供所需电力。太空核电源分为放射性同位素电源和反应堆电源两类。目前，放射性同位素电源已经在行星际探索中得到广泛应用，但其输出电功率最大也仅能达到百瓦级，无法胜任未来深空探索任务。因此，美国积极研制能满足更高动力需求的核裂变反应堆电源。

二、放射性同位素电源应用现状

放射性同位素电源寿命长、工作可靠，已广泛应用于功率需求不大的各种太空任务。当前，美国在放射性同位素电源的设计与制造方面已日臻完善，但尚有较大提升空间。

1. 放射性同位素电源已在行星际探测任务中广泛应用

放射性同位素钚-238（半衰期87年）具有优良的功率密度和使用寿命，辐射水平低。自1961年以来，美国用于太空任务的放射性同位素电源全部采用钚-238，输出电功率2.7～300瓦，功率密度3～5瓦/千克，质量2～56千克，最高效率达6.7%，寿命30年。以“好奇”号火星车所用的多任务放射性同位素电源（MMRTG）为例，它使用4.8千克的钚-238输出110瓦的电力。

2. 放射性同位素电源面临的限制性因素

放射性同位素电源存在明显局限性：①输出电功率较小。由于放射性同位素的发热量低，且热电转换效率不高（小于8%），输出电功率最大也仅能达到百瓦级。目前美国单个放射性同位素电源的功率水平达到300瓦左右。然而，大多数深空探测器需要600～700瓦的电力，存在较大能力缺口；②钚-238燃料价格昂贵，且美国的库存量有限，不能支持NASA长期太空探索任务的需要。为此，美国能源部再次恢复钚-238燃料生产。2015年12月，橡树岭国家实验室宣布，研究人员已经生产了50克钚-238样品，但技术尚处于重启的概念验证阶段；预计2019年将达到中期生产水平，每年生产400～500克钚-238；计划2023年实现全面量产，每年生产约1.5千克钚-238。美国能源部计划2019年生产新的以钚-238为燃料的核电池，供NASA深空探测任务使用。