多國想上月球建核電站 面臨散熱、核輻射等難題
據媒體報道，俄羅斯稱，考慮於2033年至2035年間在月球上與中國合作建造一座核電站，此前NASA也曾表示要在月球上建核電站。
隨着未來太空探索任務需求日益提高，太陽能和化學能在深空探索中侷限性漸顯，核能可以在月球表面提供持續動力並滿足月球建造長期基地等空間任務的多元化需求。人類在外星球建核電站，靠譜嗎?面臨什麼挑戰?會帶來污染嗎?
俄羅斯
宣佈計劃在月球建核電站
據媒體報道，俄羅斯國家航天集團總裁尤里·鮑裡索夫3月5日表示，俄羅斯正考慮與中國合作，於2033年至2035年期間開始在月球上建造一座核電站。他說，基於此，有朝一日人們可以在月球上建立定居點。
報道說，鮑裡索夫表示，俄羅斯和中國一直在聯合開展月球科研計劃，莫斯科能夠利用其在“核空間能源”方面的專業知識做出貢獻。
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他說，太陽能電池板無法提供足夠的電力來爲未來的月球定居點供電，然而核電卻可以。
鮑裡索夫在談到上述可能的計劃時說:“這是一個非常嚴峻的挑戰……這項計劃應該以自動模式完成，沒有人類在場。”
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鮑裡索夫也談到俄羅斯建造一艘核動力貨運太空船的計劃。他說，除了尋找如何冷卻核反應爐的解決方案外，與該專案有關的所有技術問題都已解決。
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俄羅斯官員先前曾公佈其雄心勃勃的計劃，希望有一天在月球上採礦，但俄羅斯的太空計劃近年來遭受一系列挫折。
隨着俄羅斯“月球25號”(Luna-25)探測器在去年墜毀後，俄羅斯47年來的首次月球任務失敗。莫斯科表示將發起更多月球任務，然後探索俄中聯合載人任務，甚至是建造月球基地的可能性。
美國
開展“月面裂變反應堆電源項目”
近日，美國宇航局宣佈完成“月面裂變反應堆電源項目”第一階段工作，並計劃於2025年啓動項目第二階段招標，引發廣泛關注。
美國宇航局將在第一階段工作的基礎上總結成果，明確方向，最終確定核反應堆電源設計和月球演示方案。
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項目第二階段將開展地面樣機和飛行樣機研製，即建造核反應堆電源、配套的運輸系統和着陸器，並將電源送到月球。第二階段公開招標計劃明年啓動，選取具有技術、價格優勢的公司，並在2028年底前交付成果。
2020年12月16日，時任美國總統特朗普簽署“太空政策指令6號”文件，確立了包括在2027年底前在月球表面建立核電站等具體目標，以國家戰略的形式要求美國政府組織科學研發，使美國有能力在太空中使用核能，爲人類在月球與火星上建立居住地提供能源，併爲太空飛船等提供動力。
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2021年底，美國宇航局和能源部聯合發佈“月面裂變反應堆電源項目”公告，徵集在月球上建造核反應堆電源的可行方案。該項目是美國阿爾忒彌斯計劃的重要組成部分，核反應堆電源將作爲月球表面電力系統的核心，可爲航天員在惡劣月表環境中的長期駐留和探索活動提供基礎支撐。
探秘
●爲何要建?
幫助在月球和火星上建造供電設施
1957年，人類發射第一顆人造衛星；1961年，人類首次進入太空。
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隨着人類對太空探測的技術發展，如何解決進行空間任務時的動力來源是人們一直探求的問題。目前，載人航天主要能源主要是三類:太陽能、化學能(燃料電池等)以及核能。
其中，化學電池結構簡單，工作可靠，但壽命短，低溫性能差，功率小。
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太陽能電池陣-蓄電池組聯合電源技術成熟，工作壽命長，供電能力強且性能可靠，是當前應用最廣泛的空間電源。但是太陽能電池陣非常依賴光照條件，在陰影、深空環境下不能工作，還存在展開面積大、結構複雜等問題。
空間核電源主要有同位素電源和核反應堆電源，前者通過衰變放熱轉換或產生電能，功率小，壽命長，工作可靠，在低功率空間任務中有廣泛應用，如美國的“先驅”“旅行者”“伽利略”和“卡西尼”等。
月表的寒冷月夜持續14天，兩極附近光照變化很大，隕石坑中的永久陰影區終年無光，火星沙塵暴常常持續數月。在這些嚴酷環境中，太陽能發電已無法滿足需求，燃料供應也非常有限，難以可靠地支持航天員長時間停留。而核反應堆電源功率大、儲能高、重量輕、體積小，可在太陽能、風能和水力發電不易獲得的環境下工作。
隨着未來太空探索任務需求日益提高，太陽能和化學能在深空探索中侷限性漸顯，人類想要停留月球表面進行時間更長、更深入的科學研究，核能可以在月球表面提供持續動力並滿足月球建造長期基地等空間任務的多元化需求。
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太空利用核能有先例，1969年首次在月球使用
核反應堆電源優勢明顯，是空間能源和空天動力的重要發展方向。
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美國宇航局NASA有關人士稱，在月球上建立核能供電系統，能夠極大地幫助人類在月球和火星上建造供電設施的計劃，而且還能推動地球上的應用創新。
太空領域利用核能早已有先例。據悉，人類首次在月球上使用核電系統，是在1969年11月，阿波羅12號中的儀器由一部RTG放射性同位素熱電機供電。
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據統計，從1965年到1988年，全世界共有36個空間堆核電源被送入太空。美國、前蘇聯從很早就開始投入研發，但技術難度很大，實際應用極少。美國僅在1965年發射過一次，將電源搭載在人造衛星上，電功率僅有500瓦，運行了43天。
●如何建造?
可裝入直徑4米、長6米空間 連續運行至少10
近日，美國宇航局宣佈完成“月面裂變反應堆電源項目”第一階段工作，並計劃於2025年啓動項目第二階段招標，引發廣泛關注。“月面裂變反應堆電源項目”計劃分兩階段進行，第一階段開展研製方案規劃和工程設計。
根據公告信息，核反應堆電源系統由鈾燃料反應堆堆芯、功率轉換系統、熱管理系統、功率管理和分配系統組成，設計功率40千瓦，可在月表連續運行至少10年，能耐受發射和月球環境下的結構荷載。該系統摺疊後可裝入直徑4米、長6米的圓柱體空間，重量不超過6噸。
該電源可多次自動啓動和關閉，支持0～100%功率範圍的用戶負載，單點故障最小化，並在發生故障後至少提供5千瓦電力輸出。系統可在月球着陸器上運行，或由月球着陸器運送到月表其他地點運行。系統1公里處的輻射暴露限制在每年5雷姆的基線值。
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項目管理人員介紹，核反應堆電源將在地球上製造組裝，完成安全測試，之後電源與月球着陸器結合併發射入軌。降落月球表面後，核反應堆電源可以立即運行，不再需要額外組裝。核反應堆電源將爲月表大規模勘探、建立前哨基地和就地利用資源提供能源供應。
●有何挑戰?
在太空使用核能面臨着散熱難題
楊宇光表示，在太空使用核能面臨着散熱的難題。他解釋，“出於散熱和降溫的考慮，很多地面核反應堆都建立在有水的地方。而在月球上只能依靠很大面積的輻射散熱器給核反應堆散熱，這不僅會增加成本，而且會提高技術難度。”
美國在空間核反應堆電源領域有充足積累。1960年至今，在不同時期背景的驅動下，美國相繼啓動了“核輔助電源系統計劃”“SP-100計劃”“太空核能倡議計劃”等研發工作。不過，空間核反應堆電源技術非常複雜，這些早期計劃最終都沒有完成。
除了散熱，在月球上建設核電站還需要面臨不少技術挑戰，涉及核反應堆、電力轉換、散熱和空間飛行等方方面面的關鍵技術。雖然這些領域都有相對成熟的方案，但目前沒有哪家公司具備全部能力，需要聯合各部門組建專門團隊，整合工程技能，開發系統所需的所有技術。
空間核反應堆電源安全性也是一個需要關注的問題。一方面是在月球基地的使用安全，如果出現緊急問題，應該怎樣去解決尚無方案；另一方面，核電站電源動力系統必須確保核燃料在到達月球表面之前不會被激活，任務結束後，需要通過實施安全退役計劃，將系統輻射水平逐漸降低到人類接觸和處理的安全水平，確保不會對航天員或月球環境構成威脅。
●會污染嗎?
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月球軌道足夠高，不用擔憂核反應堆掉落地球
很多人疑惑，在月球上建造核電站，會造成太空污染嗎?對此，中國航天科工集團公司二院研究員楊宇光曾表示，“人們也不需要擔心核廢料污染太空，因爲太空太廣闊了。”談及月球上的核電站是否會對地球造成威脅，他迴應，“我們有個專業術語，叫核安全軌道，也就是說，衛星的軌道必須足夠高，才能保證給衛星提供能源的核反應堆不會掉落在地球上。月亮的軌道距地球38萬公里，已經足夠高，所以在月球上建造核反應堆沒有這方面的擔憂。”
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而“自由生物安全”公司首席醫療創新官喬斯·莫瑞博士則表示，即使設施在月球發生事故，給地球造成的風險也很小，因爲大氣層會將致命的輻射阻擋在外層空間，保護地球。
整合:許樂 易福紅
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製圖:蔡沐晗 張許君
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資料來源:央視軍事、科技日報、中國航天報、《航空知識》微信公號、中國新聞網、環球網、參考消息等
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