​​​空间核反应堆助力人类开发月球

作者：兰顺正

首发自：《世界知识》

8月上旬，美国国家航空航天局（NASA）代理局长达菲发布指令，要求加速推进在月球建造核反应堆的计划。NASA计划建造一个100千瓦的核反应堆，并在2030年之前将其送上月球，为此正在寻找有能力发射核反应堆的企业。

伴随着月球科考时代的全面开启，美国、中国、印度、俄罗斯、日本和一些欧盟国家显示出派遣载人任务前往月球并最终在月球表面建立永久科研站的意向。未来的月面科研站可以从事研究地月及太阳系起源、月球资源开采和加工、原位资源利用与制造、地外旅游等活动。

月球保存了重要宇宙信息，人类可以通过月面探索，深入了解地月系统的形成和演化过程。月面环境与地球不同，月球上的低重力环境、深空观测视野以及无大气干扰等特点，使其成为优秀的科研平台，月球背面为部署射电望远镜以窥探宇宙深处创造了绝佳环境。

不过，月面科研站对电力供应提出了更高要求。月球旋转一周大约需要27.3天，月上大多数区域的白天和夜晚均持续约14天，因此在月球进行科考探测和长期居住需考虑漫长黑夜中的电力供应问题。目前的月球探测器“休眠－唤醒”工作模式尚可满足短期功率较小的月球探测任务，但却无法满足休眠期间月表基地的用电需求。除了光照条件外，月球温差也会对太阳电池板产生影响。放射性同位素电池虽然具有较好的独立性和可靠性，但其发电功率较低，无法满足空间基地需求。

核反应堆因具有不依赖光照、不依靠有氧环境、能量密度高、长寿命等优点，是月面科研站主电源的最佳选择。

自1965年世界首个空间核反应堆SNAP-10A进入太空到现在，美国、俄罗斯等国在空间核反应堆领域均取得一定成果。这些成果包括专门针对月面环境的核反应堆电源系统概念设计，同时也证明了核反应堆在为月表或星表提供可靠、持续电力的可行性和优越性。

美国的100千瓦级空间电源SP-100是一种液态金属冷却反应堆，最初在20世纪90年代为轨道电源设计开发，其功率范围为几十千瓦到几百千瓦。开发人员针对SP-100结合动态热电转换技术提出月表核反应堆电源的概念方案，设计额定功率为550千瓦，设计要求运行七年。整个系统包括一个快中子堆，液态金属锂作为冷却剂由热电式电磁泵驱动，在铌合金管道中循环，再通过热电转换系统转换成电能。

今年5月，中俄签署了一份有关“共建月球核电站”的合作备忘录。双方公布的有关规划显示，该核电站将以俄罗斯在太空核能领域的成熟经验为基础，结合中国在月球探测与工程系统方面的优势，最迟在2035年前完成。

公开信息显示，中俄合作开发的月球核电站将由一套高功率反应堆系统、储能与配电设施组成，沿月球表面铺设输电和供暖管线。建设方式采取分步推进，先通过“嫦娥八号”等任务验证月面驻留和能源传输技术，再由俄方负责将核心反应堆运送至月球，最终完成安装调试。选址锁定在月球南极附近，那里不仅有丰富的水冰资源，还有长时间的日照区，可与太阳能发电配合使用。

此次美国选择在2030年发射核反应堆，恰好时值中国载人登月计划的关键时间节点，不难看出与中国竞争的意味。但许多航天和核物理专家认为NASA的时间表不切实际，美国不太可能在2030年前完成月球核反应堆的设计、建造和监管审批，能否募到足够资金也是个问题。

NASA原计划2025年底实施“阿尔忒弥斯3号”载人登月任务，但却一再推迟，资金保障也不明确。特朗普政府2026财年预算提案大幅削减NASA科学预算，取消部分行星探测任务。同时，NASA严重依赖私营企业实现登月，目前却尚无一家美国私企拥有足够可靠的登月能力。美国太空探索技术公司（SpaceX）的“星舰”虽是选项之一，可是在最近的测试中屡次爆炸，尚未达到可以托运数百公斤铀燃料的安全标准；蓝色起源公司的“蓝月”着陆器也尚未投入使用，其可靠性仍不明朗。

月球核反应堆依然存在需要解决的工程问题。首先，它必须足够小、足够轻，才能搭载到运载火箭上。其次，月表没有空气和液态水，温度在白昼的120摄氏度和夜晚的零下180摄氏度之间波动，维持反应堆高效运行的温度控制非常困难，需采用高效的热电转换系统，同时需要采用先进的散热系统设计，以提高散热系统的功率弹性。另外，也需要研发适应长距离传输的轻质高效的电源管理与分配系统。