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  对于航天机构和商业航天工业来说,未来20年的优先事项是明确的。首先,自阿波罗时代以来,宇航员将首次被送往月球,然后建立永久性的基础设施,使他们能够在那里长时间居住。然后,第一批载人任务将被送往火星,后续任务每26个月执行一次,最终在火星表面建立栖息地(可能还会有一个永久基地)。为了实现这些目标,太空机构正在研究下一代推进、动力和生命维持系统。

  这包括太阳能电力推进(SEP),其中太阳能被用于为极具燃料效率的霍尔效应推进器提供动力。同样,他们正在研究核热推进(NTP)和紧凑型核反应堆,以缩短运输时间,为月球和火星栖息地提供稳定的电力供应。除了美国宇航局,英国航天局(UKSA)还与劳斯莱斯公司合作开发用于太空探索的核系统。在最近的一条推文中,这家国际汽车和航空航天巨头提供了一个预告片,展示了他们的“微反应堆”将是什么样子。

  几十年来,热电发电机一直是远程太空探索不可或缺的一部分。第一批依靠它们的任务包括海盗1号和2号轨道飞行器和登陆器,这是第一批探索火星表面的探测器。目前,在星际空间的旅行者1号和2号探测器也依赖热电反应堆,这使它们能够保持运行超过45年。近几十年来,多任务放射性同位素热电发电机(MMRTG)为新视野号探测器、好奇号和毅力号探测器等任务提供了支持。

  展望太空的未来和美国宇航局、欧洲航天局、中国和其他国家的探索目标,研究人员正在考虑自太空时代早期以来已经过全面测试的核技术,如用于火箭运载工具的核发动机(NERVA)。最近的努力导致了一些项目,如NASA的“使用斯特林技术的Kilopower反应堆”(Krusted)和NASA/DARP努力实现依赖核热推进(NTP)的航天器。为了不落在后面,英国航天局(ESA的一个组成部分)已经与英国首席航空航天开发商合作。

  这一合作关系于2021年12月宣布,罗尔斯·罗伊斯公司表示,他们已经与英国签署了一份合同,研究未来太空任务的核能选择。由此产生的技术将为远离地球的长期任务提供推进和动力系统,在那里,太阳能并不总是一种选择。这包括月球南极艾特肯盆地,美国宇航局、欧洲航天局、中国和俄罗斯都计划在未来几年在那里建造地表栖息地。在这个地区,一个“月夜”持续14天,然后是另外14天的永久阳光。

  在火星年(大约持续687个地球日)中,火星和太阳之间的距离是地球和太阳之间距离的1.38到1.66倍。因此,火星接收到的能量大约是地球的一半,季节性沙尘暴还会导致阴天,对太阳能电池板造成严重破坏。一些例子包括机遇号火星车,它在火星上连续运行了15年,直到2018年的火星沙尘暴结束了它的任务。最近,洞察号着陆器由于太阳能电池板上的灰尘积聚也停止运行。

  向火星发送载人任务的另一个问题是所需的运输时间。NASA和中国国家航天局(CNSA)目前的任务架构是每26个月发射一次任务,以配合火星和地球在轨道上的最近点(也就是火星和地球在轨道上的最近点)。使用传统技术,这些任务将需要(至少)六个月的时间才能到达这颗红色星球。在此期间,宇航员将暴露在更高水平的太阳和宇宙辐射下,并生活在微重力环境中。

  根据协议,罗尔斯·罗伊斯正在开发一种“微反应堆”,以实现核推进和地面基础动力。这一概念于2021年10月在迪拜举行的国际宇航大会(IAC)上公布。正如他们在一份新闻稿中所描述的那样,该系统将能够提供“瓦到兆瓦”的电力,该技术将在太空和国内得到应用。他们进一步表示,他们计划在2029年准备一个微型反应堆原型。罗尔斯·罗伊斯未来项目总监艾比·克莱顿(Abi Clayton)当时表示:

  “除了微反应堆技术,我们还提供放射性同位素动力系统开发方面的核知识,以及通过热电发电机或运动部件将‘衰变热’转化为电能的空间机会。对于未来项目团队和劳斯莱斯核能的发展来说,这是一个非常激动人心的时刻。”

  推文中显示的早期模型与IAC 2021上展示的小型反应堆的设计相同。然而,这一次,该公司提供了更多关于它将如何运作的细节,推文中写道:“罗尔斯·罗伊斯微型反应堆的设计使用了一种固有的安全和极其坚固的燃料形式。每个铀颗粒都被包裹在多层保护层中,作为一个遏制系统,使其能够承受极端条件。”

  其他的宣传片,如罗尔斯·罗伊斯空间网站上的许多视频和艺术家印象,展示了他们希望这项技术的许多应用和作用。其中包括为月球和火星表面栖息地提供动力的反应堆(其中包括资源的获取和使用),以及将探索地月系统甚至火星以外的快速运输核宇宙飞船。其他潜在的应用包括高超声速空间飞机、小型卫星和在轨装配。

  虽然,微反应堆的细节仍然有限,但很明显,英国安全局和罗尔斯·罗伊斯公司有意成为未来太空探索和太空商业化的积极组成部分。英国议会副国务卿兼科学、研究和创新部长阿曼达·索洛韦议员说:“随着我们从大流行中恢复得更好,企业、工业和政府之间的这种伙伴关系将有助于创造就业机会,并带来开拓性创新,推动英国航天事业的发展。核能为太空探索提供了变革性的可能性,我们正在与罗尔斯·罗伊斯公司进行的创新研究可以帮助我们的下一代宇航员更快、更长久地进入太空,极大地增加我们对宇宙的认识。”

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