废纸篓大小的核反应堆可以为我们的火星定居点提供动力

这个铀圆柱体大小与咖啡罐相当。即使加上屏蔽罩和探测器，这个装置仍然不比废纸篓大。但这个即将在内华达州沙漠进行测试的小型原型机，却点燃了人类外星未来的梦想。

Kilopower 项目是美国宇航局和美国能源部联合开展的项目，它将成为自 20 世纪 60 年代的 SNAP 10A 项目以来第一个进入太空的核裂变反应堆。原型机正在测试中，这使得它比过去几十年出现的任何其他项目都更接近发射。

Kilopower 反应堆设计有两种型号：一千瓦（1,000 瓦）型号和 10 千瓦型号。

“你的烤面包机耗电量约为 1 千瓦，”洛斯阿拉莫斯的 Kilopower 项目负责人 Pat McClure 笑着说道。“在普通家庭中，任何时候，你每天平均使用约 5 千瓦的电量。但要知道，这对 NASA 来说是很大的能量。在 NASA，他们习惯使用数十到数百瓦的电量。因此，1 千瓦或 10 千瓦的电量是很大的。”

美国宇航局的“新视野”号探测器的最大功率为 240 瓦，而“好奇号”探测器上的电源仅提供 120 瓦电力。这两个都是所谓的核电池，将自然衰变的钚产生的热量直接转化为电能。但钚供应不足，1,000 瓦甚至 10,000 瓦的功率比这些电源所能提供的功率高出很多，即使它与我们地球上的电力需求相比很小。与这些核电池不同，Kilopower 的系统会产生裂变反应，分裂铀原子以释放能量，然后通过连接的发动机将其转化为电能。

不是你的标准反应堆

“传统的轻水冷反应堆可以产生 1 千兆瓦的电力。它比普通反应堆大一百万倍，而且非常复杂，设计得非常合理，可以很好地利用燃料，”麦克卢尔说。在小型火星反应堆的规模下，燃料效率会大大降低。“但我们确实有一个反应堆，它非常容易预测、易于操作，而且实际上可以自我控制，”他说，这降低了大型电源可能发生的事故的可能性。

换句话说，我们不会冒着火星发生核熔毁的风险。

“对于我们目前所做的应用来说，熔化燃料会非常困难，甚至是不可能的，”麦克卢尔说。“根据我们设计的物理原理，反应堆基本上会释放出所需的热量。因此，如果我们失去冷却，只散发出一点点热能，反应堆的功率就会下降以匹配这一点。”

它还被设计用于在太空这种奇特的环境中运行。我们认为太空是寒冷的，但在真空中保持反应堆冷却并不容易。没有像空气或水这样流动的物质可以将热量从发电机中带走。相反，该系统依靠八根热管，每根热管中装有大约一汤匙沸点较高的钠。

当钠靠近管道中离裂变铀燃料最近的部分时，它会在高温下沸腾。蒸汽沿着管道向下流动并凝结，此时的温差有助于发电。然后，冷却后的物质会回到管道较热的部分，整个系统会重新启动。理论上，它可以连续数年甚至数十年产生可靠的电力。

它安全吗？

许多听到核能和太空消息的人担心，如果发射时出现问题，机上的核动力源可能会对站在下面的人造成危险。

“人们总是以为你会把切尔诺贝利送入太空之类的，”麦克卢尔说。但现实远没有那么危险。“在核反应堆裂变之前，堆芯中存在少量放射性物质，因为那是铀，但非常少。如果在发射事故中发生什么，对公众来说真的不会有什么问题，”麦克卢尔说。

麦克卢尔解释说，如果发射过程中出现问题，在反应堆的标准非裂变状态下，爆炸产生的铀残余物对公众的危害很小。“峰值剂量远低于毫雷姆。大多数人的剂量在微雷姆范围内，”麦克卢尔说。相比之下，美国人平均每年接受的辐射剂量约为 620 毫雷姆。“这比你从背景辐射或乘坐飞机时接受的辐射剂量要少得多。”

但发射电源只是第一步。它还必须在遥远的太空中安全运行。一旦启动——在离开地球大气层很久之后——它将变得更具放射性。但该团队已将其设计成如果电源故障，反应堆将自动关闭。他们计划下个月在内华达州对它进行测试，将它连接到两个发动机上，每个发动机将产生约 80 瓦的功率，使裂变反应温度达到约 800 摄氏度。

“我们将关闭所有热量移除，并表明反应堆不仅会存活，而且还会处于待机模式，如果电力转换系统能够恢复并再次开始供电，它就会回到原来的状态。这将真正证明我们可以毫无顾虑地处理该反应堆的任何瞬态或非正常运行，”洛斯阿拉莫斯首席反应​​堆设计师戴夫·波斯顿说。

它会做什么？

“1 千瓦的核电站用于深空任务，前往冥王星或木星的卫星等其他行星执行任务。10 千瓦的核电站用于深空或火星表面。目前 NASA 的计划是向火星发射 5 座 10 千瓦的反应堆，”麦克卢尔说。

这些电力足以为火星基地提供约 40 千瓦的电力，另外还可额外提供 1 千瓦电力以备不时之需。

美国宇航局空间技术任务理事会副局长史蒂夫·尤尔奇克在新闻发布会上表示：“火星的环境对电力系统来说非常不利。火星的光照比地球或月球要少，夜间气温非常低，而且有非常奇怪的沙尘暴，这种沙尘暴可能持续数周甚至数月，席卷整个星球。”

尽管 NASA 已经探索过将太阳能电池板作为潜在电源的可能性（而且这绝对不是不可能），但该机构仍在寻找能够持续为必要生命支持系统供电的东西。即使在阳光特别微弱的时候。

首批反应堆将登陆火星，并开始为自主系统提供动力，将水冰分离成液氧和氢，为返程提供燃料。一旦人类抵达火星，这些系统就可以为他们的居住地和其他支持系统提供动力。NASA 也在与商业团体进行谈判，提议 Kilopower 反应堆可能对他们的外星探索工作很有价值。

美国宇航局格伦研究中心主任珍妮特·卡万迪表示：“作为一名前宇航员，我可以向你保证，在离开低地球轨道时，拥有可靠的电源至关重要。当我们深入太阳系，并最终到达其他星球的表面时，这种类型的电力系统将尤为重要。”