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人類在外星建核電站靠譜嗎

劉 霞
2020年12月02日08:14 | 來源:科技日報
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原標題:人類在外星建核電站靠譜嗎

據美國消費者新聞與商業頻道(CNBC)網站11月15日報道,美國國家航空航天局(NASA)和美國能源部計劃在月球和火星建造核電站,以支持其長期探索計劃。那麼,NASA在月球建核電站這事兒靠譜嗎?面臨哪些難題呢?

月球將建10千瓦級核裂變電力系統

CNBC在報道中指出,NASA太空技術任務局核技術組負責人安東尼·卡洛米諾說,NASA的目標是到21世紀20年代末開發出一個10千瓦級的核裂變電力系統,並在月球上演示。“這一核裂變電力系統的輸出功率為10千瓦,可連續不斷地工作至少10年。”

具體而言,該設施將完全在地球上制造和組裝,然后進行安全測試,確保其正常運轉。隨后,將該設施整合到月球著陸器內,由運載工具運送到繞月軌道。接下來,著陸器降落至月球表面,到達之后設施無需額外組裝或建造即可運行。預計這次演示將持續一年時間。

“低濃縮形式的核燃料將為堆芯提供動力,小型核反應堆產生的熱量將被轉移到動力轉換系統中。動力轉換系統由靠反應堆熱能工作的發電機組成,這些發電機將熱能轉化為電力,並將之用於月球和火星表面的用戶設備。此外,散熱技術對於保持設備正常運行非常重要。”卡洛米諾說,“4套這樣的系統,每個提供10千瓦電力,就足以提供在月球或火星上建立前哨基地所需電力。利用核裂變系統在行星表面產生大量電力的能力將使大規模探索、建立人類前哨基地和就地利用資源成為可能。”

在月球建造核反應堆是否安全

對於普通人來說,在月球上建造核反應堆的想法聽起來可能不同尋常,甚至有些人會覺得極其危險。但是一些專業人士卻不這麼認為,一家核能領域的就業機構創始人安德魯·克拉布特裡說,此前科學家們就在月球上使用過核能。阿波羅12號使用的阿波羅月面實驗套裝中的儀器就是由一部RTG放射性同位素熱電機供電的,它標志著人類首次在月球上使用核電系統。

“我們有個專業術語,叫核安全軌道,也就是說,衛星的軌道必須足夠高,才能保証給衛星提供能源的核反應堆不會掉落在地球上。月亮的軌道距地球38萬公裡,已經足夠高,所以在月球上建造核反應堆沒有這方面的擔憂。”中國航天科工集團公司二院研究員楊宇光對科技日報記者說,“但是在太空使用核能面臨著散熱的難題。”

他進一步解釋道:“出於散熱和降溫的考慮,很多地面核反應堆都建立在有水的地方。而在月球上隻能依靠很大面積的輻射散熱器給核反應堆散熱,這不僅會增加成本,而且會提高技術難度。”

楊宇光表示,人們也不需要擔心核廢料污染太空,因為太空太廣闊了。執行比木星更遠的太空任務的探測器幾乎都使用過放射性同位素溫差發電機,而它們都是用钚-238作為電力來源,比如著名的“卡西尼”號土星探測器就使用了大量的钚-238。

“自由生物安全”公司首席醫療創新官喬斯·莫瑞博士則表示,即使這一設施在月球發生事故,給地球造成的風險也很小,因為大氣層會將致命的輻射阻擋在外層空間,保護地球。

盡管如此,卡洛米諾也強調,NASA非常重視安全問題,該項目必須符合《美國國家環境政策法》的標准,其中包括評估該項目對環境的影響,且在設計電力系統時,確保核燃料直到抵達月球表面才被激活。

此外,卡洛米諾說,在該系統為期10年的任務結束后,他們計劃將該設施安全撤走。他說:“該系統最終將關閉,輻射水平將逐漸降低至人類接觸和處理的安全水平。使用過的系統可以移動到遠程存儲位置,在那裡它們不會對工作人員或環境造成任何威脅。”

大力開發核能源加快駛向宇宙更深處

然而也有不同聲音指出,在月球上建造核電站完全沒有必要。隨著太陽能、風能和小型水電系統提供的清潔能源的成本迅速下降,再加上通過節約能源導致效率不斷提高,沒有理由建立耗時、昂貴且令人擔憂的核電站。沒有它,人類也可以滿足能源需求。

對此,楊宇光表示,目前的載人航天主要能源有3類:太陽能、化學能(燃料電池等)以及核能。但隨著未來太空探索任務需求日益提高,以及太陽能、化學能在深空探索任務(比如前往火星和木星乃至更深遠的太空)和星表探索任務中的局限性,必須依靠以核反應堆為基礎的核能源。

他指出,核反應堆電源的功率大、能量密度高,相比其他電源具有較高的功率質量比,可在太陽能、風能和水力發電不易獲得的環境下工作。例如,火星上周期性的沙塵暴可能會持續數月、而月球上永久陰影的隕石坑內沒有陽光,這些情況下都難以利用太陽能。此外,月球南極現在是研究熱點,因為此處有永久光照區,在這裡可以利用太陽能,但如果科學家們想在月球表面低緯度地區建立科考站,那將面臨長達14天的月夜,最好的解決辦法就是建立核反應堆來提供能源。“而且,我們必須加大研發力度,將來開發出兆瓦級的核反應堆設施,如此才能將我們更快帶往宇宙更深處。”

(責編:趙竹青、呂騫)

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