NASA成功測試用於太空探索的微型核反應堆

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2018年5月2日，NASA宣布已經成功測試了一個可以用於太空探索所需能量的小型核反應堆。

這一新型核反應堆動力系統，將為長期執行月球、火星和其他太空探索任務提供足夠的能量。

在人類許多宏偉計劃中，前往火星並不是一個遙遠的目標。

像馬斯克的SpaceX這樣的私人公司正在研究可重複使用火箭，以幫助減少太空旅行的成本，並最終使人類定居於其他星球。

SpaceX為火星登陸開發的重型運載火箭——BFR（Big Fucking Rocket），長達100米，預計將於2019年上半年開始短途飛行測試。

此次NASA的測試項目，也被稱為「使用斯特林技術的Kilopower反應堆」（KRUSTY：Kilopower Reactor Using Stirling Technology）試驗，於2017年11月-2018年3月在內華達核研究基地進行。

KRUSTY是一個小而輕的反應堆，通過核裂變產生動力（可控鈾-235鏈式反應）。

「安全、高效和豐富的能源將成為未來機器人和人類探索太空的關鍵，」NASA研究員Jim Reuter在一份聲明中表示。

「我希望Kilopower項目未來能夠成為月球和火星能量架構的重要組成部分。」

內華達試驗的目的是證明該系統可以利用裂變電源產生電力，並且無論遇到什麼環境，它都是穩定和安全的。

試驗中研究人員將系統置於各種壓力測試中，其中包括模擬如果航天器中的引擎發生故障或電源不得不關閉一段時間會發生什麼情況。

NASA表示，KRUSTY可以提供高達10千瓦的電力，足以支持幾個普通家庭至少10年。

預計四個KRUSTY單位就可以為太空探索提供足夠的動力。

根據Kilopower公司的首席工程師馬克.吉布森的說法，這個電力系統是月球基地理想之選。月球上太陽能發電很困難，其夜晚相當於地球上的14天。

核能相比於傳統的化學火箭發動機擁有巨大優勢

火箭發動機的工作原理就是把推進劑噴射出去，形成推力，而推進劑的動能來自於以其它形式儲存的能量，可以是化學能，電能，核能，壓力勢能等等。

傳統的化學火箭發動機是利用推進劑的燃燒將儲存於推進劑中的化學能轉化為熱量，這部分能量在收斂擴張超音速噴管中又被轉化為動能。

不同於飛機發動機，火箭發動機並不吸入空氣，將空氣中的氧氣作為燃燒所用的氧化劑，而是選擇自帶氧化劑。傳統的液體火箭燃料為煤油/液氧或者液氫/液氧。

為了得到足夠的飛行速度，火箭需要攜帶大量的燃料，導致一枚火箭發射全重的絕大部分都是燃料，因此效率十分低下。

例如太空梭發射時離地質量超過2000噸，但實際有效載荷只有一百多噸。

（太空梭看著很大，其實裡面相當一部分都是燃料）

而使用核能可以極大地提高有效載荷，真正對火箭進行「瘦身」。

此外，核動力的穩定性也已經得到了充分證明。

其中最讓人震撼的是2017年12月6日對已經休眠了37年的「旅行者」1號的重啟。

當時，「旅行者」1號已經在太空中航行了40年3個月又9天的時間，距離地球21,135,668,081,458米，即使是光速也要走19個小時35分鐘。

誰都想不到這個原計劃只工作兩年的探測器，竟然一直工作了40年，而且按照它現有的狀態還能再工作10年！

它使用的就是核能源——放射性同位素鈈238，這種核電池半衰期高達88年，最終幫助人類首個飛行器飛出了太陽系。

（因為衰變而被加熱至紅熱狀態的鈈238）

因此核動力的穩定性是值得信賴的，這也無比重要。

因為深空探測都是以百萬公里起步，在飛行過程中你總不希望出現以下對話：

「喂，總部嗎？我們宕機了，能過來救我們嗎？」

「等著！多種點土豆，活下去！」

為克服傳統化學火箭發動機的缺點，除了核動力，還有其他幾種可能的星際旅行的方式：

1．等離子發動機

它的工作原理是：先將推進劑電離，再利用電場將離子加速噴出形成推力。

通過利用電磁場對帶電粒子直接加速，系統將不再受化學火箭發動機噴管幾何問題的限制，可以得到遠遠大於傳統化學火箭的噴口速度，也就是更高的比沖。

值得一提的是，等離子發動機早已從科幻中走向了現實，第一台離子噴射發動機在1959年就由美國物理學家Harold R. Kaufman在NASA研製成功，而NASA最新的Evolutionary Xenon Thruster (NEXT)以氙氣作為推進劑的離子噴射發動機噴口速度為40km/s，比沖達到了4300秒。

Evolutionary Xenon Thruster (NEXT)

不過目前離子推進器依然存在諸多局限，因為航天器的電功率有限，它的推力非常受限，只有幾十毫牛，大約就是一張紙的重量，因此現在主要被應用在衛星的姿態微控制動力系統中。

但是對於深空項目，它的優勢是無與倫比的，例如火星登陸任務，如果使用化學火箭完成，需要6個月的飛行時間，而離子推進器在39天內就可以完成。

2.「太陽帆」

太陽帆（Solar sails），利用太陽光的光壓進行宇宙航行，這個在科幻小說中也出現了很多次。

但可能很少人知道，「太陽帆」其實已進行了數次測試。

2005年6月22日凌晨4時46分，俄羅斯用「波浪」火箭發射了以太陽光為動力的「宇宙一號」（Cosmos-1）飛船，進行太陽帆的首次受控飛行嘗試。

最新飛行數據顯示，飛船在起飛83秒後遭到失敗，主持這一項目的美國行星學會表示，在發射約20分鐘後，飛船與地面失去了聯繫。

2010年，NanoSail-D任務發射成功，成為在低地軌道上部署的第一艘太陽帆。該任務的目標是測試風帆部署技術，並收集關於使用太陽帆的數據，其重量不到10磅（4.5千克），約有100平方英尺（9.3平方米）的吸光表面。

更多的測試可以參考Wiki:

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

3.反物質發動機

關於反物質發動機，研究人員斯蒂夫·哈威提出的一個方案是建造與「太陽帆」類似的「反物質帆」。

但是為了足夠快地加速飛船，「太陽帆」必需擁有幾英里的尺寸。而哈威提出的「反物質帆」不會超過5米，而且「自身」就是「風力」。

反物質發動機的主要構思在於，從飛船艙內的某個容器釋放反物質，並「衝擊」太陽帆，粒子與反粒子的碰撞將會引起湮滅的微量爆炸。

該方案的主要問題是，如何產生必需數量的反物質和將它們儲存在什麼地方，我們現在只能通過大型粒子對撞機產生反物質。

不過如果實現的話，到達距離我們最近的半人馬α星系（4.4光年），只需要成千克的反物質即可，是不是很有誘惑力。

其他的星際航行方式可能就更科幻了，例如曲率發動機，人工黑洞發動機！

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