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NASA擬2026年之前建設月球核電站,安全性被質疑
發布者:admin | 來源:網易科技 | 0評論 | 3879查看 | 2020-11-18 14:09:44    

美國宇航局(NASA)和美國能源部將征求行業建議,以便在月球和火星上建造核電站以支持其長期太空探索計劃。該提案旨在建立核裂變動力系統,目標在2026年之前讓飛行系統、月球著陸器以及核反應堆就位。


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圖:月球上核(he)裂變能(neng)源系(xi)統概念渲染圖


NASA空間技(ji)術任務局核(he)技(ji)術組合(he)負責(ze)人安東尼·卡(ka)洛米諾(Anthony Calomino)表示,該(gai)計劃是在(zai)本世紀(ji)20年代末之(zhi)前開發10千瓦級的(de)核(he)裂變動力系統,在(zai)月球上進(jin)行(xing)(xing)(xing)演示。NASA將在(zai)地(di)球上進(jin)行(xing)(xing)(xing)制(zhi)造組裝,然后(hou)進(jin)行(xing)(xing)(xing)安全(quan)測(ce)試,以確保(bao)其正常(chang)運(yun)行(xing)(xing)(xing)。


該核裂變動力系(xi)統將與月(yue)(yue)球(qiu)著陸器結合,然后被運載(zai)火(huo)(huo)箭送到(dao)繞(rao)月(yue)(yue)軌道上。著陸器會將該系(xi)統送到(dao)月(yue)(yue)球(qiu)表面,并可(ke)以立(li)即運行(xing),不需(xu)要額(e)外的組裝。這(zhe)次演示預計(ji)將持續一年時間,最終可(ke)能支(zhi)持在月(yue)(yue)球(qiu)、火(huo)(huo)星、甚至在更遙遠的太空進行(xing)更長時間的任(ren)務(wu)。


卡洛米諾說:“一旦(dan)這項技術通過演示得到認證,未來(lai)的系(xi)統就可以(yi)(yi)擴大規(gui)模,或(huo)者(zhe)多個(ge)裝置可以(yi)(yi)共同用于月球和火星的長期(qi)任務。四(si)個(ge)機(ji)組,每個(ge)機(ji)組提供(gong)10千瓦(wa)電(dian)力(li),足以(yi)(yi)滿足月球或(huo)火星前哨基(ji)地(di)的需求。核裂變動力(li)系(xi)統在行星表面產生大量電(dian)力(li),這將使大規(gui)模勘(kan)探、建立人類前哨基(ji)地(di)和就地(di)利用資源成為可能,同時(shi)也(ye)為商業化(hua)提供(gong)了機(ji)會。”


NASA正在與核(he)研(yan)究機構愛達荷(he)州國家實(shi)(shi)驗室(shi)(INL)合作。但這個(ge)計劃現實(shi)(shi)嗎?六(liu)年(nian)后交付是(shi)否(fou)可(ke)能(neng)(neng)?INL太(tai)空(kong)核(he)能(neng)(neng)和(he)同(tong)位素技術部(bu)主任史蒂(di)夫·約(yue)翰(han)遜(Steve Johnson)認為完全可(ke)行(xing)。他說:“我們能(neng)(neng)夠利(li)用多年(nian)來(lai)在先進(jin)燃料和(he)材料方面的(de)研(yan)發成果,以及(ji)最近(jin)的(de)太(tai)空(kong)商業化運輸的(de)進(jin)展(zhan)來(lai)降低延遲完工的(de)風險(xian),以實(shi)(shi)現2026年(nian)的(de)預定目標。”


核電站將如何運作?


卡洛米諾說,確保這(zhe)個項(xiang)目成(cheng)功的(de)關鍵技術(shu)是(shi)核反(fan)應(ying)堆、電力(li)轉換(huan)、散熱(re)和太空飛行技術(shu)。他表(biao)示:“低濃縮度(du)的(de)核燃料(liao)將為核芯提供動(dong)力(li)。小(xiao)型核反(fan)應(ying)堆會產生熱(re)量(liang)(liang),這(zhe)些熱(re)量(liang)(liang)會通過(guo)電力(li)轉換(huan)系統變(bian)為電能,經調節后分配(pei)給月球和火星表(biao)面的(de)用戶設備。散熱(re)技術(shu)對于(yu)保持設備正(zheng)常運行的(de)溫度(du)也很(hen)重要。”


約翰遜稱,除(chu)了(le)過去幾十年的(de)(de)(de)(de)研發(fa)外,致力(li)于創建核(he)反應堆、電力(li)轉(zhuan)換、散熱和太空飛行(xing)技術的(de)(de)(de)(de)現有物理基礎設施,將使2026年的(de)(de)(de)(de)目標成為可(ke)能。他說:“我(wo)們(men)可(ke)以利用國家實驗室現有的(de)(de)(de)(de)設施和技術專長來(lai)(lai)(lai)支持(chi)這(zhe)一(yi)重要方案(an),以實現最終目標。在INL,我(wo)們(men)支持(chi)未來(lai)(lai)(lai)幾個月的(de)(de)(de)(de)行(xing)業(ye)和伙伴的(de)(de)(de)(de)努力(li),以設計這(zhe)個演示反應堆,將航(hang)空航(hang)天、核(he)能和電力(li)公司聯合起來(lai)(lai)(lai),共同(tong)實現里(li)程(cheng)碑式的(de)(de)(de)(de)成就(jiu)。”


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圖:SpaceIL的Beresheet探測器在軌道上拍攝的月球照片


卡洛米諾說(shuo),NASA已經與美國能(neng)源部(bu)合作,他(ta)們將(jiang)(jiang)共同制定任務和(he)系(xi)(xi)統要(yao)求。INL將(jiang)(jiang)管(guan)理核(he)裂變動(dong)力系(xi)(xi)統的(de)研發(fa)合同,包括(kuo)反應堆和(he)防護系(xi)(xi)統、電(dian)力轉(zhuan)換系(xi)(xi)統、散熱系(xi)(xi)統以及電(dian)力管(guan)理和(he)分配系(xi)(xi)統。他(ta)說(shuo):“核(he)裂變動(dong)力系(xi)(xi)統將(jiang)(jiang)以每年(nian)提供10千(qian)瓦(wa)電(dian)力的(de)能(neng)力運行10年(nian)左(zuo)右。”他(ta)補充說(shuo),10千(qian)瓦(wa)電(dian)力大(da)致相當于為3到4個(ge)大(da)家(jia)庭供電(dian)。


卡洛米諾表示,為了衡量行(xing)業(ye)的(de)興趣并征求該項目(mu)的(de)設計方(fang)案,INL向(xiang)行(xing)業(ye)征集(ji)信息,并且已經收到了22份書面回復,這些(xie)回復的(de)公司都來自航空(kong)航天、核(he)能和電力轉換行(xing)業(ye)。


雖然卡洛米諾沒有(you)(you)透(tou)露這(zhe)些(xie)公(gong)司的(de)名字,但他稱(cheng)這(zhe)些(xie)公(gong)司在制造(zao)核反應堆、開(kai)發航天技術以及制造(zao)業擁(yong)有(you)(you)豐富(fu)經驗,而這(zhe)些(xie)行業正是這(zhe)個特(te)殊項目所需的(de)專門設備行業。他補充說(shuo),NASA和美(mei)國能(neng)源(yuan)部計劃在2021年初發布(bu)初步設計合同建(jian)議(yi)書,特(te)別是與核裂(lie)變(bian)有(you)(you)關的(de)建(jian)議(yi)書。未來的(de)合同授予價值(zhi)仍有(you)(you)待(dai)確(que)定。


卡洛米諾說:“政府計劃授予多個(ge)短期合(he)同,以開發(fa)初步設計,然后再授予最(zui)終飛行(xing)硬(ying)件開發(fa)的大合(he)同。”該(gai)項目(mu)預計各公司(si)將(jiang)組建專門(men)(men)團隊,開發(fa)動(dong)力(li)系(xi)統所需(xu)(xu)的所有(you)(you)技(ji)術(shu)(shu)。這(zhe)個(ge)項目(mu)非(fei)常復雜,因為(wei)(wei)它需(xu)(xu)要(yao)(yao)整合(he)不同的工程技(ji)能。畢竟,專門(men)(men)從事核反應(ying)堆開發(fa)的公司(si),可(ke)能沒有(you)(you)開發(fa)航(hang)天設備或電力(li)轉換(huan)系(xi)統的企業(ye)知識或經驗。”此(ci)外,可(ke)能還需(xu)(xu)要(yao)(yao)其他(ta)專門(men)(men)的通信設備、傳感(gan)器、電力(li)轉換(huan)技(ji)術(shu)(shu)和熱傳遞技(ji)術(shu)(shu),這(zhe)些技(ji)術(shu)(shu)通過建立合(he)作伙伴關系(xi)而(er)獲得最(zui)為(wei)(wei)有(you)(you)效(xiao)。


月球核反應堆安全嗎?


在普通人(ren)看來(lai),在月球上建造核反應堆的想法可能(neng)不(bu)同(tong)尋常(chang),甚至覺(jue)得極其危險。就業機構Get Into Nuclear的創始人(ren)安德魯(lu)·克(ke)拉布特(te)里(Andrew Crabtree)表示(shi),雖然這項(xiang)工程(cheng)有很多因素需要考(kao)慮(lv),但并不(bu)需要考(kao)慮(lv)在太空使用核能(neng)是否(fou)安全的問(wen)題。


克(ke)拉布(bu)特里說:“核能以前在太空中(zhong)使用過無數次。自1969年11月阿(a)波(bo)羅12號成功經受(shou)住(zhu)巨大(da)的溫(wen)度(du)變化(hua)以來,原子(zi)能一直在月球上運行。阿(a)波(bo)羅12號標志(zhi)著首次在月球上使用核電(dian)系統。”他(ta)還說,擔心太空受(shou)到污染純屬杞人憂天(tian)。


但環保企業的(de)(de)盈利(li)和(he)營(ying)銷顧問謝(xie)爾·霍洛(luo)維茨(Shel Horowitz)表示(shi),在月球上建(jian)造核電站將是徒勞(lao)的(de)(de),而且完全(quan)沒有必要。他說:“隨(sui)著太陽能(neng)(neng)、風能(neng)(neng)和(he)小型水(shui)電系(xi)統提供的(de)(de)清(qing)潔能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的(de)(de)成本迅速下降,再加(jia)上我們通過節約能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)實現的(de)(de)效(xiao)率不斷提高,沒有理(li)由建(jian)立耗時、昂貴且令人擔(dan)憂的(de)(de)核電站。沒有它(ta),我們也可(ke)以滿足能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)需求。”


作為回應(ying),卡洛米諾說,這個項目(mu)很(hen)可能(neng)需要使(shi)用(yong)霍洛維茨引(yin)用(yong)的(de)諸多可再生(sheng)(sheng)能(neng)源。未來(lai)執行的(de)其他任務可能(neng)也需要它(ta)們,但在(zai)太空運行的(de)挑戰是獨(du)特的(de),這可能(neng)會使(shi)利用(yong)可再生(sheng)(sheng)能(neng)源變得不切(qie)實際。


他說:“這(zhe)些任務可能(neng)(neng)需(xu)要(yao)各(ge)種各(ge)樣的(de)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)、電(dian)(dian)池、放(fang)射性同(tong)位素以及核裂變動力(li)系(xi)統,以滿足廣泛(fan)的(de)苛刻要(yao)求。在(zai)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)、風能(neng)(neng)和(he)水力(li)發電(dian)(dian)不容易獲得(de)的(de)地(di)方(fang),核電(dian)(dian)是必要(yao)的(de)。例如,在(zai)火星上,太(tai)陽(yang)(yang)的(de)能(neng)(neng)量(liang)在(zai)不同(tong)季節變化很(hen)(hen)大,沙塵暴可能(neng)(neng)會持續幾個(ge)月(yue)(yue)。在(zai)月(yue)(yue)球上,寒冷的(de)月(yue)(yue)球夜晚持續14天,而(er)兩極附近的(de)光照變化很(hen)(hen)大,永久陰影下(xia)的(de)隕(yun)石坑里根本沒(mei)有陽(yang)(yang)光。在(zai)這(zhe)些具有挑戰性的(de)環境中,利用陽(yang)(yang)光發電(dian)(dian)是困(kun)難(nan)的(de),燃料供應也很(hen)(hen)有限。而(er)核電(dian)(dian)提供了一(yi)種輕便、可靠和(he)高效的(de)解決方(fang)案。”


為(wei)商(shang)業建筑行業推廣可再生能源的梅林(lin)克公司創始人兼(jian)首席執行官,史蒂夫·梅林(lin)克(Steve Melink)說(shuo),還有其(qi)他(ta)因(yin)素需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)。他(ta)問(wen)道:“當出(chu)問(wen)題時,尤其(qi)是緊急問(wen)題,我們將如何解決(jue)?”


梅(mei)林(lin)克建議NASA使用(yong)太陽(yang)能(neng)光伏發(fa)電(dian),他說這(zhe)(zhe)種技術已經被用(yong)于太空(kong)發(fa)電(dian),并稱(cheng)這(zhe)(zhe)是(shi)個更(geng)實(shi)用(yong)的(de)解決方(fang)案(an)。梅(mei)林(lin)克表示(shi):“在(zai)過去的(de)10年里(li),太陽(yang)能(neng)光伏的(de)成(cheng)本下降(jiang)了很(hen)多,以至(zhi)于地(di)(di)球上各地(di)(di)的(de)公共設施(shi)、企(qi)業和學校(xiao)都在(zai)安(an)裝太陽(yang)能(neng)光伏,它不存在(zai)熔(rong)毀、放射性(xing)(xing)(xing)污染(ran)和完全斷電(dian)等災難性(xing)(xing)(xing)風險。隨著時間推移,太陽(yang)能(neng)是(shi)確(que)保冗余性(xing)(xing)(xing)和可擴充(chong)性(xing)(xing)(xing)的(de)最終解決方(fang)案(an)。”


盡管存在這(zhe)些擔憂,卡(ka)洛米諾(nuo)(nuo)表(biao)示,確保安全始終是(shi)NASA的首要任務。該(gai)項(xiang)目仍需(xu)通過國家環(huan)境政策法案的審批程序,其中包括評估該(gai)項(xiang)目的環(huan)境影響(xiang),動力系統的設計將使(shi)核燃(ran)料在到達月球(qiu)表(biao)面之前不(bu)會被激活。卡(ka)洛米諾(nuo)(nuo)說:“與地(di)面反應堆不(bu)同的是(shi),太空沒有(you)移除或(huo)更換核燃(ran)料的打算(suan)。”


卡洛(luo)米諾說,在(zai)其為期10年(nian)的任(ren)務結(jie)束(shu)時,還(huan)有一項安(an)全退(tui)役該設施(shi)的計劃。他表示(shi):“在(zai)任(ren)務結(jie)束(shu)時,系統(tong)(tong)將(jiang)(jiang)關閉,輻(fu)射水(shui)平將(jiang)(jiang)逐漸降低到人類(lei)接觸和處(chu)理的安(an)全水(shui)平。使用(yong)過的系統(tong)(tong)可以轉移到一個遠程存儲位置,在(zai)那里它們不會對宇航員或環境構成任(ren)何威(wei)脅(xie)。”


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圖:藝術家對人類火星基地的構思,其剖切面揭示了內部園藝區


Liberty BioSecurity首(shou)席醫療(liao)創新官何塞(sai)·莫雷博士(Jose Morey)說,即使月球(qiu)上的(de)核電設施發生事(shi)故,也不(bu)會對地(di)球(qiu)構成(cheng)什么風險(xian)。這是因(yin)為地(di)球(qiu)受到大氣(qi)層(ceng)的(de)保(bao)護,阻擋(dang)了外層(ceng)空間產生的(de)致命輻(fu)射。他(ta)說:“輻(fu)射的(de)形式(shi)多種多樣,宇宙(zhou)(zhou)射線是其中傷害最強(qiang)的(de)一種,宇宙(zhou)(zhou)中充(chong)斥著這種輻(fu)射。其他(ta)形式(shi)的(de)輻(fu)射也隨處可(ke)見。”


莫雷(lei)博士(shi)補充說(shuo),有(you)(you)些表示有(you)(you)興趣(qu)參與(yu)的公司包括藍(lan)色起源(yuan)公司和(he)BWXT。雖(sui)然這(zhe)一努力還在起步(bu)階段,但它(ta)表明核(he)能(neng)(neng)行(xing)業仍在探(tan)索(suo)(suo)新的領域。他表示:“核(he)能(neng)(neng)一直(zhi)是一種(zhong)(zhong)非常清潔、有(you)(you)效的能(neng)(neng)源(yuan)。從現實角度(du)來(lai)看,這(zhe)將是太(tai)空探(tan)索(suo)(suo)的關(guan)鍵。更重(zhong)要的是,這(zhe)對于人(ren)類成為一種(zhong)(zhong)多行(xing)星(xing)物(wu)種(zhong)(zhong)至關(guan)重(zhong)要。在發現下一種(zhong)(zhong)高效、清潔的能(neng)(neng)源(yuan)之前,太(tai)空探(tan)索(suo)(suo)的新曙光將使核(he)工業復蘇(su)。”

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