科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞
美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）代理局長(zhǎng)肖恩·達(dá)菲近日宣布，將加快推進(jìn)月球核反應(yīng)堆建設(shè)計(jì)劃。據(jù)美國(guó)《紐約時(shí)報(bào)》及《政治報(bào)》網(wǎng)站8月5日?qǐng)?bào)道，根據(jù)達(dá)菲的指令，NASA將啟動(dòng)行業(yè)招標(biāo)，擬開發(fā)功率為100千瓦的月球核裂變反應(yīng)堆系統(tǒng)，并計(jì)劃于2030年前發(fā)射升空。
NASA稱，該核反應(yīng)堆不僅是實(shí)現(xiàn)“阿爾忒彌斯”登月計(jì)劃的助推劑，更是“贏得新太空競(jìng)賽的戰(zhàn)略籌碼”。但多位航天專家指出，盡管在月球表面部署核反應(yīng)堆已非科幻小說中才出現(xiàn)的情節(jié)，但現(xiàn)有技術(shù)成熟度與如此激進(jìn)的時(shí)間表明顯脫節(jié)，從核反應(yīng)堆的工程設(shè)計(jì)到輻射防護(hù)，再到低重力條件下穩(wěn)定運(yùn)行，每個(gè)環(huán)節(jié)都面臨重大挑戰(zhàn)，要在5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)從圖紙到登上月球，這一跨越似乎“并不現(xiàn)實(shí)”。
助推月球探索
為什么選擇在月球部署核反應(yīng)堆？《紐約時(shí)報(bào)》的報(bào)道認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)將徹底改變?nèi)祟愒谔栂堤剿鳌⑦w徙和生存的方式。
達(dá)菲表示，這是實(shí)現(xiàn)宇航員重返月球計(jì)劃的關(guān)鍵一環(huán)。要建立月球基地，穩(wěn)定能源供應(yīng)至關(guān)重要。核裂變系統(tǒng)體積小、重量輕卻功率強(qiáng)大，能確保在月球和火星極端環(huán)境下持續(xù)運(yùn)行。
與依賴太陽能的空間站不同，月球基地面臨獨(dú)特挑戰(zhàn)。NASA官網(wǎng)分析稱，月球夜晚持續(xù)長(zhǎng)達(dá)14天，溫度極低且完全黑暗；火星則常遭遇持續(xù)數(shù)周的沙塵暴。核反應(yīng)堆可部署在月球永久陰影區(qū)（可能存在水冰資源處），也能實(shí)現(xiàn)全天候不間斷供電。
美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)（CNN）在8月6日的報(bào)道中表示，這種持續(xù)供電能力對(duì)長(zhǎng)期科考至關(guān)重要。NASA空間技術(shù)任務(wù)局技術(shù)演示項(xiàng)目主任特魯?shù)稀た茽柼厮挂舱J(rèn)為，不依賴太陽能的核動(dòng)力系統(tǒng)，是保障月球可持續(xù)探索的極佳選擇。
值得注意的是，這場(chǎng)計(jì)劃的背后是美國(guó)對(duì)太空主導(dǎo)權(quán)旁落的擔(dān)憂。NASA某高管直言，美國(guó)加速推進(jìn)月球核計(jì)劃，關(guān)乎贏得第二次太空競(jìng)賽。CNN的報(bào)道披露，中俄兩國(guó)自2024年3月起已三次宣布合作計(jì)劃，擬在21世紀(jì)30年代中期前建成月球反應(yīng)堆。
達(dá)菲在記者會(huì)上稱，第一個(gè)在月球上擁有反應(yīng)堆的國(guó)家或許可以“宣布建立一個(gè)禁入?yún)^(qū)，這會(huì)嚴(yán)重制約美國(guó)”。
想法早已有之
美國(guó)探索月球核電站的腳步其實(shí)早已邁出。NASA自新世紀(jì)伊始就著手布局太空核電系統(tǒng)，累計(jì)投入2億美元研發(fā)輕型裂變發(fā)電系統(tǒng)，可惜在發(fā)射方面至今尚無實(shí)質(zhì)性突破。
NASA官網(wǎng)顯示，該機(jī)構(gòu)曾授予洛克希德·馬丁、西屋電氣以及初創(chuàng)企業(yè)直覺機(jī)器公司各500萬美元的合同，推進(jìn)“裂變地表發(fā)電”項(xiàng)目，開發(fā)40千瓦的月球核反應(yīng)堆。但據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》報(bào)道，這些方案都卡在了一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)——6噸的重量紅線上，三套設(shè)計(jì)方案無一達(dá)標(biāo)。
此次，達(dá)菲要求NASA征求行業(yè)建議，以便2030年前發(fā)射一座100千瓦的核反應(yīng)堆。因?yàn)镹ASA估計(jì)，月球和火星地面電力需求應(yīng)至少為100千瓦，才能滿足棲息地運(yùn)轉(zhuǎn)、生命支持系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及采礦和燃料生產(chǎn)等工業(yè)運(yùn)營(yíng)的需求。
美國(guó)《新聞周刊》的報(bào)道認(rèn)為，月球核反應(yīng)堆最有可能的設(shè)計(jì)是：使用鈾燃料的緊湊型裂變反應(yīng)堆。該反應(yīng)堆將構(gòu)建多層屏蔽系統(tǒng)以保護(hù)宇航員免受輻射影響，使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)或其他熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將核裂變產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為電能。核反應(yīng)堆可埋在月球風(fēng)化層下，以進(jìn)一步減少輻射暴露并調(diào)節(jié)溫度，遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控系統(tǒng)將確保其能在無人值守的情況下安全運(yùn)行。
美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理塞巴斯蒂安·科比西羅則表示，這不是科幻場(chǎng)景，隨著技術(shù)進(jìn)步，月球核電站完全可行。
面臨諸多難題
盡管核反應(yīng)堆在地球上發(fā)電已有70余年歷史，但將一個(gè)核反應(yīng)堆發(fā)射到月球上，讓其在寒冷黑暗的漫漫月夜持續(xù)提供大量能量，究竟還面臨哪些難題？能在不到5年的時(shí)間內(nèi)逐一攻克嗎？
《紐約時(shí)報(bào)》透露，盡管科學(xué)家們確認(rèn)“月球核電站并非天方夜譚”，但多數(shù)專家認(rèn)為2030年前實(shí)現(xiàn)部署仍不現(xiàn)實(shí)。曾任職美國(guó)能源部的核能專家凱瑟琳·赫夫教授直言，這個(gè)時(shí)間表過于激進(jìn)，甚至有些荒謬。就像在沙漠里建發(fā)電站卻沒人用電——沒有月球基地，反應(yīng)堆的意義何在？除設(shè)計(jì)和建造月球反應(yīng)堆的必要工作外，僅審批流程就可能耗時(shí)數(shù)年。
另外，盡管美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的“星艦”和藍(lán)色起源公司的“藍(lán)月亮”等新型著陸器理論上的有效載荷能達(dá)到15噸，但這些航天器尚在“襁褓”之中。
《新聞周刊》的報(bào)道也指出，雖然核能已用于“旅行者”號(hào)和“好奇”號(hào)等深空探測(cè)器，但在月球上部署核能卻面臨獨(dú)特挑戰(zhàn)，需突破核材料太空運(yùn)輸?shù)陌踩款i、確保反應(yīng)堆在月球表面高達(dá)310℃的晝夜溫差和低重力條件下穩(wěn)定運(yùn)行，以及開發(fā)特殊的廢熱管理系統(tǒng)等。洛克希德·馬丁公司月球勘探副總裁凱文·歐則認(rèn)為，開發(fā)能夠承受高溫的材料也是月球核反應(yīng)堆的建設(shè)難題之一。
