@ 2018.01.23 , 12:00
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如何在火星上供电?NASA测试「迷你核反应堆」

如何在火星上供电?NASA测试「迷你核反应堆」
Credit: 锐景创意

若科学家能解决载人登陆火星的问题,那么又冒出另一个小小的问题:如何在火星上供电?自带燃料显然不切实际。目前,NASA正在测试一个迷你核电站(Kilopower),它或许能够为寒冷的火星夜晚带来光亮。

科学家正在试验各种不同模型——从1千瓦到10千瓦。研究人员表示,四五个10千瓦的反应堆足以维持一个小型栖息地。

火星环境十分不同于地球——光照比地球和月球少,夜晚非常寒冷,沙尘暴非常严重(能持续数周甚至数月,吞没整颗星球)。这个迷你核电站体积小而坚固,一台着陆器能够运输多个部件,最终能够提供数十千瓦的电力。除为净化水、制造氧气提供能量外,核反应堆还可用于制造液氧和火箭燃料,让宇航员能够飞回家。

如何在火星上供电?NASA测试「迷你核反应堆」
(NASA)

它们看起来像是一朵朵金属蘑菇。Kilopower利用固体金属块燃料的裂变反应产生热能,热能通过填充钠的管道,利用温度差发电。核反应堆的中心是一台斯特林发动机,能够高效地将热能转化为机械动能,再转化为电能。

Kilopower的一部分优势在于:核裂变仅需少许燃料,就能够产生大量能量,这对减轻飞行重量而言至关重要。0.45千克铀的供能量相当于136万千克可燃煤。

目前,Kilopower仍处于研发初期阶段,它还需要进行改善和安全测试。但从初期试验结果来看,这个迷你核电站颇具前景——模型预测非常准确,操作也十分顺畅。科学家打算在3月份进行全功率测试。

解决此问题后,科学家便可以着手解决其它问题了,例如:如何在严酷的火星环境中生活。往远了看,Kilopower等类似技术还可以帮助人类探索更遥远的地方,让宇航员能够在飞行过程中一边充电、一边做饭。

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。
原作者:DAVID NIELD


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  1. 3683729

    1千瓦到10千瓦 ?那怎么吃火锅啊

  2. 白雨跳珠
    @5 months ago
    3683745

    当然是用爱啊!

  3. 红框眼镜
    @5 months ago
    3683759

    然后制作钢铁侠?

  4. 3683841

    太阳能不够用吗?

  5. 3683852

    看了看NASA给出的大致说明,感觉这个堆的设计思路比较类似于IRIS反应堆
    侧重于小型化紧凑化,追求”核锅炉”式的设计
    只不过IRIS是MW级的,还要保证经济性和安全性

    Kilopower的堆芯是”厕纸大小的铀235空心柱”,中间放纸芯的地方装入换热管,用钠盐管换热,常规核电厂上将热能变成机械能的汽轮机也换成了斯特林机
    整个钠盐管应该都是无源的,也就是类似电脑上铜热管那种结构,所以也没有主泵之类的东西,热量移动到冷端是自发进行的.
    从给出的照片上看,反应堆可能还是用的传统散热板冷却(侧面带有黄色管道的折叠板状物),相比太空,火星上有稀薄的大气,或许在大气环境下散热效率会更高一些吧

    NASA在其页面上描述这种堆可以”提供10kw的电力达10年以上”,排除掉无源热管导致堆功率不能很高以外,其铸造铀堆芯的丰度很可能也远高于常见的民用电厂,可能类似核潜艇上那样,使用丰度90%以上的高浓缩铀

    考虑到火星上不太可能出现反应堆换料这种事,整套反应堆很可能会是一次性的,剩余核燃料不能维持裂变即告废弃

  6. 3683854

    以上参考内容
    https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/kilopower

    https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/feature/Powering_Up_NASA_Human_Reach_for_the_Red_Planet

    https://en.wikipedia.org/wiki/International_Reactor_Innovative_and_Secure

    这还有张反应堆的高清大图,我不懂焊接方面,不过这个焊缝看上去很糟糕啊= =

  7. 利维坦
    @5 months ago
    3683856

    @BBXL:要有足够的太阳能的话首先你要有足够的 场地来铺设足够多的太阳能板,这样的话火星的沙尘暴的设定就够让太阳能电厂GG

  8. 一公车段子
    @5 months ago
    3683865

    种土豆的某人已经用过这玩意儿了吧

  9. 3683875

    @一公车段子:
    没有,火星救援里用的是RTG发电机
    RTG是用钚的衰变热,并且通过半导体器件将热直接变成电,好处是结构简单,坚固可靠,少量发电的同时还产生大量的热,在太空中能维持其他设备一个相对温暖的运行环境
    坏处是RTG一旦被制造出来就无法关闭,而且输出通常只有瓦级,做到千瓦级输出常常会让自重超过一吨,而且造价也很高…(RTG的关键原料钚还不够用了)
    https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator

    这篇文章里的是正儿八经的裂变发电,核燃料产热,热被斯特林机变成机械能,机械能再通过发电机变成电能,在这个层面上,跟地面上的核电厂是一样的

  10. 3683903

    呵呵 先做粗来再说

  11. 3683929

    地球上用不是更好吗?!

  12. 3683956

    @Siy:
    从效费比角度来讲,地球上的大型反应堆才是更好的
    科学探索用的东西大多是不惜成本,只要参数合适就拿来用,跟地球上的商业堆没法比
    别的不说,大型堆每千瓦时的输出也就几毛钱的成本

  13. 鹿降雨
    @5 months ago
    3684066

    我想知道摸鱼大赛为什么没有自制核电站这个选项

  14. 3684098

    楼主终于有电用了!!

  15. 3684106

    @鹿降雨: 那就不是摸鱼是养殖了

  16. 3684125

    为什么不带个风力发电机上去,火星上风大

  17. ntoohighwantpl
    @5 months ago
    3684821

    @JHP: 怎么糟糕了,(周围没人,拉开裤裆看看),人类的丁丁不就是差不多水平的焊工做的吗

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