美國宇航局耗費40年研制的能在太空環(huán)境工作的核反應堆，可能會在十年后登陸月球，為生活在那里的人類基地供電。

如果一切順利的話，未來十年里的某個時間一艘美國登陸器將攜帶一個小型核反應堆抵達月球基地。在這種反應堆內(nèi)部，一根硼控制棒將伸入一堆鈾中開啟核連鎖反應，分裂鈾原子并且釋放熱量。接下來，這些熱量將傳輸?shù)揭慌_發(fā)電機中，這樣就會給月球基地帶來光明。

美國宇航局經(jīng)歷了半個世紀的努力來打造一種能夠在太空中使用的核反應堆，而且剛剛完成了一次新設計的測試。這臺新反應堆名為Kilopower，它的下一個里程碑有可能是在2020年代的某個時間開啟太空飛行。Kilopower是由美國能源部協(xié)助研發(fā)的，它標志著美國40年來打造的第一個全新的核反應堆。它有可能改變太空探索，尤其是太陽系中永久性人類前哨基地的能源制造方式。

目前的太空任務使用的是燃料電池、核電池或者太陽能。但是月球的夜晚持續(xù)兩個周時間，而且火星上的陽光強度只有地球上的40%。美國宇航局太空技術部門的副行政助理Jim Reuter稱：“當我們前往月球或者最終前往火星時，我們很可能需要大量無法依賴于太陽的能源，特別是如果我們想要生活在那里。”

Kilopower是一種小型的輕量級裂變反應堆，能夠提供多達10千瓦的電量。美國宇航局稱，4臺10千瓦的Kilopower反應堆就能夠為火星或者月球上的一座人類基地提供足夠的電能。核能研究領域專家，美國康涅狄格大學工程學教授Claudio Bruno稱，40千瓦電足能夠滿足3到8戶美國正常家庭的使用。

他補充道：“40千瓦電大約相當于60馬力，你或許會認為有點不夠用。事實上，如果你想要做什么有用的事情，特別是如果月球或者火星任務是載人任務時，你需要的能量會更多。但是過去每一次研究都會有人抗議核動力存在致命危險。這是人們數(shù)十年來首次談論借助核反應堆為發(fā)電機提供能量，因此這也是首次出現(xiàn)的積極信號。”

在太空探索中，核能的使用主要有兩種方式：制造電能或者產(chǎn)生推進力。Kilopower將用于產(chǎn)生電能，就像地球上的發(fā)電站一樣。它所產(chǎn)生的電能很可能要超過單艘太空飛船的需要，這就使它更適合于更大的星球前哨。Kilopower也將用于驅動飛船，主要為離子發(fā)動機提供能量，但是美國宇航局目前還沒有決定這樣利用這項技術。

Kilopower自2012年就開始研發(fā)，但是它的效果遠超過美國宇航局上世紀60年代的輔助核動力系統(tǒng)項目（簡稱SNAP）。SNAP項目研發(fā)出了兩種核動力系統(tǒng)，一種是放射性同位素熱電發(fā)生器（簡稱RTG），它能夠從放射性衰變中捕獲能量提供熱能和電力。數(shù)十艘深太空飛船已經(jīng)使用了RTG系統(tǒng)，其中包含火星上的好奇號漫游車和正在外太陽系探索矮行星的新視野號冥王星探測器。

SNAP項目的另外一種動力系統(tǒng)就是裂變反應堆系統(tǒng)，通過原子分裂產(chǎn)生能量。這項技術與核潛艇使用的動力系統(tǒng)相同。美國宇航局在1965年4月發(fā)射了一臺名為SNAP-10A的核電站。這座核電站工作了43天時間，并且在出現(xiàn)故障前產(chǎn)生了500瓦的電量。它現(xiàn)在仍然在地球軌道中，而現(xiàn)在變成了太空垃圾。

在上世紀60年代和70年代，美國宇航局也在火箭核動力應用（NERVA）項目中對核動力火箭推進技術進行了研究。這項技術使用核反應堆對氫氣進行加熱，并且通過噴嘴排出氣體，與常規(guī)火箭燃燒燃料產(chǎn)生推力相似。但是這個項目在1973年結束。

據(jù)世界核能委員會的數(shù)據(jù)，俄羅斯已經(jīng)向太空發(fā)射了超過30個裂變反應堆。在美國總統(tǒng)尼克松1973年取消美國宇航局的核動力推進技術研究之后，俄羅斯也放棄了自己的項目。Bruno稱：“所有的研究在1973年都被叫停。到2018年，曾經(jīng)參與那個項目的大多數(shù)人或者退休或者離世。雖然我們還有報告，但是報告不會講話，研究人員才會。”

這項研究在2012年解凍，美國宇航局和美國能源部對Kilopower的前身（DUFF實驗）進行了初步測試，并且產(chǎn)生了24瓦的電能。DUFF借助一根熱導管來為反應堆降溫，并且首次展示了斯特林發(fā)動機將反應堆熱量轉變成電能的應用。在DUFF測試之后，NASA授權開始進行Kilopower項目，這個項目在2014年首次獲得研究資金。

美國宇航局和能源部對Kilopower進行的最新測試開始于2017年11月，并且一直持續(xù)到今年3月。測試中，Kilopower反應堆進行了長達28小時的全功率測試，隨后關閉并且進行了降溫。美國宇航局格倫研究中心Kilopower項目首席工程師Marc Gibson稱，反應堆在800攝氏度的溫度中運行，并且產(chǎn)生了超過4千瓦的電能。

美國宇航局和能源部稱，Kilopower反應堆比之前的版本更安全，因為它的操作方式不同。借助硼操控棒和鈹反射體，裂變連鎖反應得到控制，甚至能夠停止。據(jù)Kilopower項目負責人，美國能源部洛斯阿爾莫斯國家實驗室的Patrick McClure稱：“如果反應堆或者火箭在發(fā)射臺上發(fā)生爆炸，核心中的鈾235對一公里外的人產(chǎn)生的輻射不會超過自然環(huán)境輻射。這只是最壞的打算，我們不認為在出現(xiàn)發(fā)射事故時，反應堆有機會出現(xiàn)故障。”

洛斯阿爾莫斯國家實驗室的首席反應堆設計師David Poston稱，一種類似的反應堆能夠為離子推進器提供電能，從而為飛船提供飛行動力。但是據(jù)Bruno稱，啟動裂變連鎖反應所需要的原料量很可能意味著反應堆會很大而且很重，無法得到實際應用。美國宇航局單獨提出了一種全新的鈾核熱力發(fā)動機概念，它與目前的化學燃料火箭所使用的技術相似。但是2017年8月啟動的核熱力推進系統(tǒng)項目并未像Kilopower一樣獲得這樣的進步。

大多數(shù)核動力飛船使用了RTG系統(tǒng)，通過收集钚衰變產(chǎn)生的熱量來產(chǎn)生電能。但是RTG的能效極低，此外，二氧化钚原料供應不足。在經(jīng)歷了30年的空白之后，美國能源部從2015年開始恢復钚238的生產(chǎn)，但是目前美國的庫存只足夠為美國宇航局的2020火星漫游車提供能量，而且或許能夠支持一到兩個前往外太陽系的潛在任務。

Kilopower能夠作為一種替代品，但是政府官員和專家們都認為可能性很大。Gibson稱：“從能量的角度來看，我們是從RTG項目開始的。我們希望這個項目能夠讓我們實現(xiàn)更多的用途，比如說深太空探索，那樣你就需要成千上萬瓦的電能供應。”換句話說，人類在月球或者火星上活動所需要的能量要超過單臺Kilopower反應堆產(chǎn)生量的十到百倍。但是Poston稱，反應堆的標準化設計能夠輕易實現(xiàn)規(guī)?；瘉頋M足那些需要。

Bruno補充道，Kilopower反應堆是打造太空中可用核電站的重要一步。接下來很可能是在太空中對反應堆進行測試。美國宇航局尚未許可進行這樣的項目，但是在本月月初的一場新聞發(fā)布會上，路透社稱未來18個月時間里將致力于如何進行這樣的測試飛行。其中一種可能性是，使用登月飛行器運送一臺小型Kilopower反應堆，而這種小型反應堆或許將在美國宇航局最新的月球探索任務中研發(fā)出來。

Poston稱：“成功的地面測試對于未來的人類太空探索階段有著重要意義。我們驗證了這個技術概念是美國宇航局現(xiàn)在能夠利用的。對于我來說，最令我激動的事情是它的潛在應用。從真正意義上將，這是我們在太空可用裂變能技術的研究領域跨出的第一步。”