@ 2008.11.26 , 09:09

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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