原創(chuàng) 廖小剛 國(guó)防科技要聞
作者 | 廖小剛
來(lái)源 | 國(guó)防科技要聞
導(dǎo)語(yǔ)
美國(guó)白宮于12月16日發(fā)布了“太空政策指令-6”（SPD-6）——“太空核動(dòng)力與推進(jìn)國(guó)家戰(zhàn)略”，旨在推動(dòng)美國(guó)太空核動(dòng)力和推進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展。該戰(zhàn)略包括政策、目標(biāo)、原則、職責(zé)、路線圖、實(shí)施、一般規(guī)定等7個(gè)章節(jié)，約12頁(yè)。該戰(zhàn)略提出應(yīng)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候開發(fā)和使用太空核動(dòng)力與推進(jìn)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)美國(guó)的科學(xué)，探索，國(guó)家安全和商業(yè)目標(biāo)。
一、太空核動(dòng)力與推進(jìn)的內(nèi)涵與意義
太空核動(dòng)力與推進(jìn)（SNPP）系統(tǒng)包括可用于航天器、漫游車以及其他表面設(shè)施的動(dòng)力或推進(jìn)的放射性同位素動(dòng)力系統(tǒng)（RPS）和裂變反應(yīng)堆。SNPP系統(tǒng)可確保上述系統(tǒng)在太陽(yáng)能和化學(xué)能不足的環(huán)境下運(yùn)行。與其他動(dòng)力方式相比，SNPP能以更低的質(zhì)量和更小的體積產(chǎn)生更多的能量，從而實(shí)現(xiàn)持久存在和運(yùn)行。SNPP系統(tǒng)還可以縮短航天員和機(jī)器人航天器的飛行時(shí)間，從而減少在惡劣太空環(huán)境中的輻射暴露。安全、可靠和可持續(xù)使用SNPP能力對(duì)于維持和提升美國(guó)在太空中的主導(dǎo)地位和戰(zhàn)略領(lǐng)導(dǎo)地位至關(guān)重要。
二、發(fā)展太空核動(dòng)力與推進(jìn)的四大目標(biāo)
美國(guó)希望通過(guò)SNPP的開發(fā)和使用，不僅要實(shí)現(xiàn)一系列現(xiàn)有和未來(lái)的太空飛行任務(wù)，同時(shí)又能充分滿足時(shí)間進(jìn)度的要求，目標(biāo)包括：
一是開發(fā)鈾燃料處理能力，以生產(chǎn)出適用于月球和行星表面與航天器的核電推進(jìn)（NEP）和核熱推進(jìn)（NTP）所需要的燃料。
二是演示月球表面的裂變動(dòng)力系統(tǒng)。該系統(tǒng)的功率可達(dá)到40千瓦電（kWe）或更高，以支持持續(xù)的月球存在和火星探索。
三是建立技術(shù)基礎(chǔ)和能力。包括通過(guò)確定和解決關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，將使NTP能夠滿足未來(lái)國(guó)防部和NASA的任務(wù)要求。
四是開發(fā)出更先進(jìn)的放射性同位素動(dòng)力系統(tǒng)，以提供更高的燃油效率，更高的比能量和更長(zhǎng)的使用壽命，以支持機(jī)器人與人類對(duì)月球的長(zhǎng)期開發(fā)和對(duì)火星的探索，并擴(kuò)展對(duì)太陽(yáng)系其他目的地的機(jī)器人探索。
三、發(fā)展太空核動(dòng)力與推進(jìn)的三大原則
根據(jù)所適用的國(guó)內(nèi)法律和國(guó)際條約，美國(guó)開發(fā)和使用SNPP系統(tǒng)時(shí)將遵循安全、可靠和可持續(xù)性3大原則。
● 安全。所有參與SNPP系統(tǒng)開發(fā)和使用的部門和機(jī)構(gòu)均應(yīng)采取適當(dāng)措施，以確保在各自職責(zé)范圍內(nèi)安全開發(fā)、測(cè)試、啟動(dòng)、運(yùn)行和處置SNPP系統(tǒng)。對(duì)于政府的SNPP計(jì)劃，項(xiàng)目啟動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)安全負(fù)有主要責(zé)任；對(duì)于涉及多個(gè)機(jī)構(gòu)的計(jì)劃，應(yīng)指定每個(gè)階段對(duì)安全負(fù)主要責(zé)任的牽頭機(jī)構(gòu)。
● 可靠。參與SNPP系統(tǒng)開發(fā)和使用的所有機(jī)構(gòu)均應(yīng)采取適當(dāng)措施，以符合核不擴(kuò)散的原則，保護(hù)核材料、放射材料以及敏感信息。在SNPP系統(tǒng)中使用高濃鈾（HEU）應(yīng)該僅限于該任務(wù)，不能用于其他任務(wù)。在選擇HEU、低濃縮鈾（LEU）或裂變反應(yīng)堆系統(tǒng)之前，主管機(jī)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行徹底的技術(shù)審查，以評(píng)估替代核燃料的解決方案的可行性，并向國(guó)家安全委員會(huì)、國(guó)家太空委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)政策辦公室以及管理和預(yù)算辦公室提供簡(jiǎn)報(bào)，以提供理由說(shuō)明為何使用SNPP系統(tǒng)。
● 可持續(xù)性。所有參與SNPP系統(tǒng)開發(fā)和使用的機(jī)構(gòu)均應(yīng)采取適當(dāng)措施，使其適合美國(guó)航天能力長(zhǎng)期發(fā)展與確保SNPP的領(lǐng)導(dǎo)地位，如充分與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)及商業(yè)機(jī)構(gòu)開展合作等。
四、發(fā)展太空核動(dòng)力與推進(jìn)的路線圖
（1）2020年代中期。具備鈾燃料處理能力，可生產(chǎn)出用于月球和行星地表以及空間動(dòng)力的核電推進(jìn)（NEP）和核熱推進(jìn)（NTP）所需要的燃料。
（2）2020年代中期至后期，演示月球表面的裂變動(dòng)力系統(tǒng)，功率可擴(kuò)展至40kWe或更高，以支持持續(xù)月球開發(fā)和火星探測(cè)。NASA應(yīng)當(dāng)在2027年之前啟動(dòng)裂變表面動(dòng)力項(xiàng)目，用于月球表面演示，并可用于火星探測(cè)。
（3）到2020年代后期，建立技術(shù)基礎(chǔ)和能力（包括通過(guò)識(shí)別和解決關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)），使核熱推進(jìn)能夠滿足未來(lái)的國(guó)防部和NASA任務(wù)需求。
（4）到2030年，開發(fā)先進(jìn)的放射性同位素動(dòng)力系統(tǒng)。與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，可提供更高的燃料。
由于太空核動(dòng)力與推進(jìn)對(duì)于未來(lái)的深空探索具備較大的優(yōu)勢(shì)，因此NASA一直在進(jìn)行相關(guān)研究。NASA與能源部已合作研究Kilopower項(xiàng)目，開發(fā)地面核反應(yīng)堆，并可擴(kuò)展到月球表面；NASA還一直在研究核熱推進(jìn)，并得到國(guó)會(huì)的支持。根據(jù)該戰(zhàn)略的要求，NASA的近期優(yōu)先任務(wù)是提高SNPP的技術(shù)成熟度，在月球上演示裂變表面動(dòng)力系統(tǒng)，因此將首先設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試10千瓦級(jí)裂變表面動(dòng)力系統(tǒng)；2020年代末在月球上演示該系統(tǒng)，為可持續(xù)的月球開發(fā)提供動(dòng)力，并測(cè)試其在火星上的使用潛力。同時(shí)，NASA還將提高核熱和核電推進(jìn)能力。
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