国际视窗 > 正文

NASA和能源部扩大合作 加强太空核技术规划

核动力 核技术 核能
发布:2020-08-25 10:23:35     来源:中物院科技信息中心

作为白宫推动太空核动力系统的一部分,美国宇航局(NASA)和能源部(DOE)正在扩大合作,这项举措是NASA在选择采用何种燃料和技术开发路线所面临的关键决策时提出的。

当前,NASA、DOE和白宫希望核能在太空探索中发挥更大作用,并在维持人类在月球上的持久存在以及随后的载人火星之旅相关规划中体现。NASA目前正在考虑不同表面动力(surface power)和推进方法(核热推进或核电推进),并正在寻求DOE和DOD反应堆设计的共性。NASA还必须决定使用高浓铀(HEU)还是低浓铀作为燃料。尽管HEU具有诸如高功率密度之类的某些优势,但不扩散倡导者认为,HEU的使用会破坏美国为限制该材料的长期应用所作的努力,该材料可用于核武器。

太空委员会强调跨政府方法

白宫国家太空委员会于7月23日发布了深空探索战略,该战略确定DOE对发展核电和推进技术至关重要。它指出,NASA计划开发一种动力反应堆,该反应堆可以为月球表面基地供电,并且正在探索核动力方法,这将大大减少深空航行时间。

国家太空委员会民用太空政策总监Ryan Whitley在本月由美国宇航学会召开的座谈会上,阐述了政府为促进各机构之间的核技术发展所做的工作。

Whitley指出,NASA“迫切需要”一种能够长期进行月球探测的表面裂变反应堆,因为当前基于放射性同位素衰变的系统无法为必须穿越月夜或阴影区的大型任务提供足够的动力。他补充说,核推进是一项长期的优先事项,因为它有能力使最终的火星任务及以后的任务得以执行。

NASA和美国国家核安全管理局(NNSA)已经通过其联合的Kilopower项目对表面反应堆进行了测试,该项目正在开发一种系统,该系统可为载人行星基地提供高达10千瓦的电力。对于推进技术,NASA于10月启动了火星运输评估研究,该研究评估了核热推进(NTP)与核电推进(NEP)的优缺点。两者都使用核反应堆产生热量,NTP系统通过排出气体,而NEP系统则将热量转换成电能,然后推进。

Whitley表示,政府的近期目标之一是建立一种生产高丰度低浓铀(high-assay low-enriched uranium,HALEU)的能力,以作为一系列机构任务的燃料。HALEU的铀235含量为5%至20%,去年,DOE宣布计划建立国内燃料供应线,理由是下一代商业动力反应堆的设计者提出了需求。NASA目前正在探索用HALEU替代HEU,并将其用于Kilopower测试。

Whitley指出,美国政府同样希望利用NASA和DoD反应堆设计之间的共性。该委员会的报告重点介绍了正在设计用于为军事基地提供动力的移动反应堆Pele项目以及DARPA的DRACO计划,该计划旨在开发可以在地球与月球之间快速机动的航天器。

在DARPA通过DRACO计划进行NTP设计时,NASA尚未选择特定的推进技术。在座谈会上被问及NTP和NEP之间的选择时,Whitley拒绝对NASA的考虑进行评论。他说:“两者都有利弊,因此做出一个清晰的决定并不容易。”

国会推动核热推进

使用核热推进的航天器概念图

为了帮助其决策,NASA委托美国国家科学院研究委员会评估与NEP和NTP相关利弊,以及使用HEU与HALEU的优缺点。NASA太空技术任务处处长Jim Reuter在6月份的启动会上告诉委员会,该研究并非着眼于政策事项,除非涉及与燃料选择有关的考虑。

近年来,国会优先考虑NTP的开发,该计划由马歇尔太空飞行中心牵头。在2020财年,为NTP专门提供了1.1亿美元,其中至少8000万美元准备在2024年进行飞行演示。

Reuter表示,NASA已经要求国会在未来的拨款中将目标放在2020年代后期的一次演示活动上,而不是将所有资金用于NTP。他解释说,最近的研究正在使该机构考虑对NEP进行“进一步考察”,并且它希望在短期内专注于表面动力。

Reuter指出,NASA在2021财年的预算申请中,有1亿美元用于太空核技术投资组合,其中6200万美元用于表面动力,其余用于推进,不限于NTP。该机构预计,到2025财年,对投资组合的要求将增长到2.5亿美元。

但是,众议院建议NASA转而推进NTP,再次包括1.1亿美元。众议院拨款委员会在其立法随附的报告中指出,他们尚未收到授权的计划。NASA正在努力在2024年之前进行NTP飞行演示。参议院尚未发布该年度NASA支出立法。

HEU讨论升温

Kilopower裂变反应堆效果图

随着NASA推进和Kilopower项目的发展,防扩散倡导者对NASA使用HEU的持续兴趣表示质疑。

美国核协会在6月的年度会议上主持了关于该主题的辩论。尽管该协会过去一直普遍支持使用空间核能和推进技术,但它已决定在2021年春季之前就是否支持使用LEU制定一份立场声明。

参加者中包括前费米实验室物理学家、众议员Bill Foster(D-IL),他认为继续推进HEU将树立危险的先例。他说:“如果所有航天国家都开始在太空中使用HEU反应堆,那么这将涉及大量武器级材料的利用。”相反,他继续说,如果美国开发基于LEU的设计,它可能会成为“事实上的标准”。Foster还建议,与处理HEU相关的安全措施的高昂成本可能会超过使用这种材料的优势。

防核扩散项目的政策学者Alan Kuperman指出,自1970年代以来,美国为最大程度地减少在民用应用中使用HEU的努力,认为它们“基于无例外的逻辑”。他说:“如果我们说‘好吧,我们将要有例外’,那么其他国家也会说‘好吧,我们也要有例外’,然后整个事情就崩溃了。”在提倡使用HEU的那些人中,Kilopower反应堆首席设计师David Poston表示,根据他的经验,监管机构最关心的是导致高产额的临界事故,他说,HEU系统倾向于缓解这种情况。NASA放射性同位素动力系统计划执行官Len Dudzinski也表示,LEU反应堆的能力不足以执行某些潜在任务,例如钻入木卫二或土卫二卫星上厚厚的冰盖。

这次活动的另一位专家,国家科学院研究委员会成员Bhavya Lal认为,在HEU和LEU之间进行选择最终是一项政治决定,而不是技术决定,并指出无论美国如何发展,其他国家或地区都可能会采用HEU系统。她主张不要对材料采取一揽子禁令。她说:“我们应保持灵活性,并仅允许在没有HEU时无法完成飞行任务或HEU成为任务或目标的重要推动者的空间系统中使用HEU。”

推荐阅读

俄罗斯计划2030年前发射核动力太空拖船

俄罗斯联邦航天局副局长尤里•乌利希奇在莫斯科举办的空间学术会议上表示,该机构计划在2030年前将一艘核动力太空拖船送入轨道,开展飞行试验。 2020-02-10

俄将建造“领袖”号大型核动力破冰船

俄罗斯副总理鲍里索夫日前表示,为了建造 “领袖”号大型核动力破冰船,俄罗斯政府计划筹集数十亿美元对几乎废弃的海参崴兹韦兹达造船厂进行大修。 2019-03-04

俄罗斯重启核卫星,可打击全球目标

俄国防部打算在今年发射两颗卫星,借此打造覆盖全球的“藤蔓”近地轨道卫星雷达侦察系统,它可以在全球范围内探测并引导导弹打击任意一艘海上舰艇。 2019-05-11

美国军工技术全球领先,垄断大型核动力航母超半个世纪

从常规武器到核武器,美国装备的型号,其他国家也基本上都有相应的型号,虽然性能上与美国的有差距,但大部分武器都谈不上绝对领先世界,但有一项装备美国拥有绝对的优势,那就是大型核动力航母! 2019-08-14

俄前政府总理辞职前为核动力破冰船拨款1275亿卢布

俄罗斯刚刚卸任的联邦政府总理德米特里·梅德韦杰夫在辞职前批准了1275亿卢布的联邦预算用于“领袖”级核动力破冰船的建造。相关文件公布在法律信息官网。 2020-01-17
阅读排行榜