就在“阿尔忒弥斯二号”开启历史性绕月飞行前,新任美国宇航局局长贾里德·艾萨克曼在NASA总部发表声明,称美国将开展更频繁探月任务,本十年结束前在月球南极建基地,还重申建造月球表面核反应堆的承诺。
4月14日,白宫发布了一份影响深远的新政策备忘录,指示联邦机构将核能作为美国太空计划的基石。由科学技术政策办公室 (OSTP) 主任迈克尔·克拉齐奥斯签署的《美国太空核能国家倡议》备忘录设定了雄心勃勃的目标——最早在 2028 年在轨道上建造核反应堆,并在 2030 年前在月球表面建造反应堆。
NASA计划在2028年底前建造首个核反应堆动力星际飞船“太空反应堆-1自由号”(SR-1)并送往火星。关于SR-1,NASA航天研究人员未回应置评请求,但《麻省理工科技评论》采访专家了解了其工作原理。传统太空飞行采用化学推进,液氢和液氧混合点燃推动火箭前进,虽仍是地球发射航天器主要方式,但核推进能让航天器在太阳系飞行更久更快。核燃料能量密度高,效率远高于传统燃料,且核能可解决太阳能在太空应用的问题,此前旅行者号和卡西尼号土星探测器就应用了放射性同位素热电发电机(RTG),不过RTG与核反应堆不同,结构更简单、功率小得多。
太空核反应堆基本原理与地球上的大同小异,先获取铀燃料,用中子轰击引发核裂变反应,产生的热量用于发电。苏联曾将数十座核反应堆送入轨道,美国1965年也部署了SNAP-10A反应堆,但仅运行一个多月就故障停止。如今,美国希望第二个太空核反应堆能为星际飞船提供动力。
美国已启动并终止无数个核动力推进项目,如2025年结束的DRACO项目,原因包括高昂实验成本、传统火箭推进系统价格低及地面测试安全有效进行难等。但阿尔忒弥斯计划加速美国重返月球进程,新一轮太空竞赛势头强劲,率先部署核动力推进系统的国家将在深空航行中拥有巨大优势。
核动力推进技术有核热推进(NTP)和核电推进(NEP)两种形式。NTP需高温核反应堆,将冷气体喷射到反应堆上产生脉冲驱动前进,常用氢气作推进剂,但氢气有腐蚀性和爆炸性,发动机运行危险且寿命不一定长;NEP推力低但效率高,可长时间使用,利用裂变反应堆产生的热量发电,电力用于给气体通电产生推力。两种推进方式都能使人类探索太阳系更便捷安全,还能缩短宇航员在太空停留时间,解决辐射问题。
对于SR-1探测器,NASA选择了核电推进系统。艾萨克曼今年3月取消的“门户”空间站项目,其动力和推进系统将被用于SR-1探测器,该探测器原本计划使用太阳能供电,现在将连接专为太空环境定制的核反应堆。从NASA太空反应堆办公室项目主管史蒂夫·西纳科尔的演示文稿看,SR-1概念图将其描绘成一支巨大的带箭尾的箭,箭尾是动力推进系统,箭尖搭载功率至少20千瓦的铀燃料核反应堆,还有巨大的散热片帮助反应堆冷却。
根据演示文稿,航天器硬件研发将于今年6月启动,2028年1月系统可组装和测试,10月抵达发射场,年底前发射升空。不过,安全发射是一大挑战,进入太空后还要考虑零重力问题,建在地球上的反应堆机械装置能否正常工作存疑。出于安全考虑,核反应堆将在发射后约两天、飞船稳定在太空环境后启动。
如果按计划进行,SR-1探测器预计发射后一年左右抵达火星。时间表紧迫,部分是受中国和俄罗斯深空核能计划推动,两国计划2035年前在月球表面建造各自的核反应堆,为国际月球研究站提供动力。