地球算什么，人类已经准备去火星建反应堆了

NASA又出新招了~

除了之前说过的冷核聚变堆，近日，能够在火星使用的小型核裂变反应器又成了吸睛利器。

发布会表示：目前Kilopower测试进展顺利，预计将于今年3月进行一次全功率测试。

Kilopower是啥？在火星建反应堆？这是~准备好移民了么？新闻背景

2017年12月，美国总统特朗普签署了“1号太空政策指令”，宣布美国将重返月球，并最终前往火星。这也意味着奥巴马政府提出的载人登陆小行星计划被正式放弃。

特朗普当天在白宫举行的签署仪式上表示：

美国不仅要在月球上插旗并留下脚印，还要为将来的载人火星任务奠定基础，也许将来还会前往火星之外的世界。

美国航天局官员此前表示：

美国深空探索计划将分三步走，当前阶段将继续利用国际空间站作为实验和研究平台，第二阶段将在2024年前后在月球轨道上建成“深空门户”太空港，第三阶段是到2033年前后进军火星轨道。

签署指令简单，实行起来困难。

人类最早可能在2024年登陆火星，最晚可能在2030年左右，前者是SpaceX公司马斯克的计划，后者是美国宇航局（NASA）的方案，都具有比较大的可能性。科学家们认为：第一批人类抵达火星后，将需要有地球上8座房屋所需，约40千瓦的电力供应，以改善生活并进行科学考察。而其中几个不得不解决的问题是：

在这颗红色星球上如何生产能源？

登陆后如何保证能源供应？

最可行的方案当然是太阳能。不过火星接收的阳光只有地球的三分之一，虽然此前发射的火星车勇气号和机遇号都利用太阳能电池板干得热火朝天，但毕竟效率不高，而且火星经常肆虐沙尘暴，甚至是全球性的，几天几十天不见阳光，只怕殖民者还没当成火星人，就要先成为“先驱”了。

前苏联的Topaz-1太空反应堆

所以不管从何种理由出发，以另外的方式在火星上开展能源生产都是当务之急，NASA首先想到的当然是核电站。在上世纪六十年代，美国和前苏联都曾往近地轨道的太空发射过核电站装置。美国发射到太空中的唯一核电站装置是SNAP-10A，在运行43天，输出了590瓦的电力峰值后，由于电气元件出现故障而不得不关闭。前苏联则发射了至少30艘以上的小型裂变反应堆飞船，如雷达海洋侦测卫星。

核电站需要消耗大量的水，太空或火星上没有水，或者不方面大量用水，如何利用裂变反应生产足够的电力？其关键就在于斯特林发动机（Stirling Engine），又叫热空气引擎，一种闭循环活塞式热机，其工作原理是推动活塞工作的气体一直保存在气缸内，而不需要像蒸汽机一样与外界交换，这样就无须大量用水来推动活塞做功或者冷却系统了。SNAP-10A使用低共熔的钠-钾（NaK）合金作为冷却剂，NaK通过电机泵入核芯和热电转换器，通过热耦合与隔离的掺杂了硅锗的材料交换热量，并利用与另一侧的冷空气之间的温度差产生电位和可用电力。

因此，在中断半个多世纪后，NASA提出了另一个比较可行的方案——研制小型核裂变反应器。Kilopower 横空出世

这，就是是美国能源部和NASA格伦研究中心联合进行了三年的“千动力（Kilopower）”项目的一部分，建造了一个1.9米高，可输出1千瓦电力的小型裂变反应堆。该项目总投资1100万英镑。

NASA于2008年公布的一份报告指出：

人类要想远征火星，可能需要一个功率约为40千瓦的电力系统，主要用于生产燃料、空气、水以及为漫游车和科学设施充电等。

这种小型核裂变反应器可通过铀原子裂变产生热量，进而转化成电能。

最终的反应堆设计要求在反应堆堆芯中使用一个高15厘米(6英寸)的浓缩铀。它被包裹在一个由氧化铍制成的反射器中。在圆筒的中间，一根碳化硼棒用于开关反应。

美国宇航局专家李梅森说：

这个装置运行的时候才会产生裂变产物，有一些辐射，但水平很低，因而是良性的。不过在另一个星球运行核反应堆，总有些让人不放心，希望科学家们能做得更好，让人类文明的成果能造福未来我们所去到的任何星球，而不是成为祸害。

Kilopower核反应堆Kilopower 知多少

Kilopower是NASA、洛斯阿拉莫里国家实验室和能源部多方合力研发的迷你核反应堆，使用U235作为核燃料，输出功率介乎1KW至10KW之间，与今天太空任务使用太阳能面板、燃气发电机功率相近，但发电不受环境影响，没有燃料耗尽之忧。

根据NASA计算，一个火星基地需要发电量约为40KW，只要四五台Kilopower核反应堆就能满足需求。

不过要将核反应运输到5500万公里远的火星不是一件简单事情，Kilopower必须做到又轻又小。

目前所用核反应堆基于裂变原理，能源转换率很低，大部分能量转变热量散发出去，因此核电往往采用水冷作为散热方式，但笨重的水冷设备显然不适合太空任务，因此研发人员采取了新散热方式——热管。

Kilopower核反应堆周边布置了大量热管，一部分热量通过热管带动斯特林发动机发电，另一部分热量继续通过热管达到伞形散热片，散发到大气中。

从原理上看Kilopower非常简单，但要保证设备在核辐射与平均地表温度-63℃的火星上正常运行，实现起来可不简单。

NASA预计四台Kilopower总重量约介乎5.8吨至7吨，是未来运载火箭所能承受的重量。

艺术笔下的Kilopower部署想象图

目前Kilopower测试进展顺利，预计将于今年3月进行一次全功率测试。写在最后

马斯克的重型猎鹰首发已多次拖延，2022年登陆火星铁定无望，洛克希德·马丁的“火星营地计划”是10年后的事情，也许到了Kilopower量产时人类才重回月球，NASA不如考虑用Kilopower复活核动力飞机。

上世纪五十年代美国研发核动力飞机NB-36H