@ 2008.11.26 , 09:09
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美国航天局的核能月球基地

有关月球基底的新闻最近很热。作为火星之旅的前沿阵地,月球是人类重要的太空实验室。在月球建立基地可要比在上面走两步然后插面小红旗要高难得多,抛开成本不谈,面临的难题包括宇宙辐射、生命系统、水源……其中重要也最关键的,就是稳定的能源。

想象一下在未来的月球基地里,宇航员们在忙完一整天的观测任务后干什么,没错,黄金时间 TV time。那么电从哪里来,你认为他们会用太阳能吗?要知道充电(照射)354小时才够用一晚上,这样可不人性。其实只要一个垃圾桶大小的核反装置就可以解决看电视问题。之前美国航天局曾考虑过蓄电池和燃料电池作为临时方案,现在则重要考虑以核能重心来制定能源计划了。

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新的 FSP(裂变表面能源)计划简单有效:用一个地下的铀反应堆作为热源和驱动发电机。预计将提供40万千瓦的电力,足以维持四个宇航员的生命系统,余下的还能用于从月球矿石中制造氧气并能满足月球车的运行。

在实施层面,美国航天局已经着手研制两个高效的功率转换器。总部位于俄亥俄州 SunPower 公司提出一个加压活塞的斯特林发动机(1)方案,与 Colorado 公司生产的以布雷顿循环(2)引擎连动的用加热的高压气体来驱动涡轮(见下图)的方案进行 PK。古老的斯特林发动机在用于发电时仍然很高效,而布雷顿式的设计则将事故风险降到最低限度。航天局将在明年选择其中一个能源转换器,并计划在未来五年内对核反应堆的电阻加热器进行太空测试。

美国能源部 Idaho 国家工程实验室的反应堆项目负责人 Jim Werner 表示,最终无论 SunPower 还是 Colorado 胜出, FSP 计划对于月球基地都是完美的能源方案,核反应堆至少可以免维护运行八年。Jim 说:“可以把它随便丢到月球上的某个地方,打开,然后忘记它。”

# 下面是两个将核热能转化为电力的备选方案:

1、更高效的斯特林转换器
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图中 A 为反应堆产生的热能,B 为密封的氦气仓(膨胀或压缩),C 为活塞,D 为交流发电机。

2、更可靠的布雷顿引擎
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图中反应堆产生的热能 A 为压缩气体 B 经过涡轮 C,让交流发动机 D 产生电力,而同流热转换器 E 将多余的热能用来供热,还可以传送到压缩机 F 进入下一个循环。

注(1): 斯特林发动机(Stirling engine)是独特的热机,其理论上的效率几乎等于最大效率,称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。

注(2):布雷顿循环(Brayton-cycle ),本身是用于制冷工艺,其工作过程包括等熵压缩、等压冷却、等熵膨胀及等压吸热四个过程。

# [ via popsi ],途加千字文俱乐部专稿


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TOTAL COMMENTS: 20+1

  1. 198678

    FSP 计划对于月球基地都是完美的能源方案,核反应堆至少可以免维护运行八年。Jim 说:“可以把它随便丢到月球上的某个地方,打开,然后忘记它。”

    这么好的东西 应该现在地球上推广

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  2. aSkAba
    @9 years ago
    198681

    为什么莫名想到陈毅的话……
    “我们就算没有裤子穿也要研发导弹”

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  3. 摊煎饼的鸡蛋
    @9 years ago
    198682

    地球又不是没有核电站。。。。
    但是核电站的成本当然还是比火电,风电,水电站的成本要高,还要注意防止核辐射,考虑问题很多。
    但是核电站在外太空可能是目前唯一的解决方案了吧。

    OO [0] XX [0]
  4. 198684

    其实还可以用人力发电, 比如傍边架抬跑步机, 然后接上一个发电机, 今天晚上的煎蛋就有着落了

    OO [0] XX [0]
  5. 慕晓
    @9 years ago
    198685

    @pose:
    50年后,满地都是核垃圾。。。同时。。。满月也都是核垃圾。。。

    OO [0] XX [0]
  6. mandesk
    @9 years ago
    198688

    太阳能要↖(^ω^)↗啊

    OO [0] XX [0]
  7. 慕晓
    @9 years ago
    198690

    突然想起来当年的红警。。造老窝,电站,电站,电站

    OO [0] XX [0]
  8. 198698

    嫦娥决定向联合国安全理事会发出诉讼

    OO [0] XX [0]
  9. 198753

    不知道氦3什么时候才能正式应用啊

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  10. RedNax
    @9 years ago
    198770

    @慕晓: 如果真满地都核垃圾那就没有危害了。已经稀释到无害的程度了。
    核垃圾危险就在于其集中。而集中就意味着大部分地区是安全的。
    核能源环境危害小,成本低,真不知道有什么理由不用。

    不过不幸的是储量不高。地球上的铀储量也就能用80年。
    期待聚变能吧。

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  11. 耗子小三
    @9 years ago
    198775

    如果有一天月亮亮度突然变高……会不会是…………

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  12. 雨雨木木
    @9 years ago
    198794

    能不能找种可传递的能量代替“电”…

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  13. 大猪
    @9 years ago
    198822

    啥时候能去旅游呢

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  14. 198839

    评论栏为嘛不能保存信息了,每次都得重新输入

    OO [0] XX [0]
  15. 慕晓
    @9 years ago
    198844

    @RedNax:
    其实最好的能源还是太阳能阿,只是现在的光电转换技术效率太低了。。但是80年后。。估计应该很高了吧。。那时候就不用什么聚变和裂变的问题了

    OO [0] XX [0]
  16. 麦拉拉
    @9 years ago
    198848

    斯特林转换器 热量不断,不是一直膨胀到要射了?

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  17. 199100

    月球能源应该是/未来的霸主应该是 氦-3 才对的啊……
    还用铀裂变啊……
    不过可能开头还是小心谨慎点好,很快就会拉开月球资源之争的帷幕了

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  18. 199322

    月球是重要的资源,应该派军队去

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  19. 199692

    月球上的太阳能不太好用啊,自转一周差不多一个月,漫漫长夜要十几天呢。

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  20. 投影
    @8 years ago
    262495

    在月球上建立一个发电站,之后建一条月电地送的线路送到地球

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