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近期 ， 美国家航空航天局（NASA）和能源部公布了月面反应堆电源项目的方案征集信息 ， 计划2022年启动项目 ， 2028年底完成地面样机和飞行样机研制 。 月面反应堆电源将为载人登月任务的月球表面基地提供能源支持 ， 大幅提升宇航员在月球表面开展任务的能力 ， 实现人类在月球表面的长期驻留 。
一、项目背景
研制月面反应堆电源 ， 是美国近年来力推载人登月背景下的一项重大举措 。 1969年～1972年 ， 美国完成6次载人登月 ， 此后 ， 载人航天活动仅停留在国际空间站 。 21世纪初以来 ， 美国每届政府都申明了载人登上月球、火星的远景目标 。 特朗普政府启动了“阿尔忒弥斯”计划 ， 确定2024年为首次登月时间 ， 还计划后续在月球建立基础设施 ， 实现宇航员在月球表面长期作业 ， 为未来载人火星任务做技术储备 。
在月球、火星表面 ， 因月夜、火星尘暴等因素 ， 太阳能电池运行连续性受到严重限制 ， 难以可靠支持宇航员长时间停留 。 在过去十多年的载人探月、探火规划中 ， 美国一直将反应堆电源作为月球、火星等星体表面基地能源供应的首选 ， 确定电源功率40千瓦 。 “阿尔忒弥斯”计划启动后 ， 2019年 ， NASA决定将在2026年运行月面反应堆电源 。 时任总统特朗普2020年12月16日签署《有关太空核电源与核推进的国家战略总统备忘录》 ， 将月面反应堆电源列为太空核系统的四项发展目标之一 ， 示范运行时间调整到2027年 。
二、基本情况
NASA和能源部此次向工业界发布方案征集信息 ， 表明月面反应堆电源项目即将从筹备阶段进入实质性研发阶段 ， 根据目前计划可在本世纪20年代末期发射 。
设计目标 。 反应堆电源设计功率为40千瓦 ， 可在月球环境下连续运行至少10年 ， 能耐受发射和着陆的结构负荷；折叠后可装入直径4米、长6米的圆柱体空间内 ， 总质量不超过6吨；可多次自动启动和关闭；可支持0～100%功率范围的用户负载 ， 单点故障最小化并在发生故障后至少提供5千瓦电力输出；可在着陆器上运行或移动到其他地点运行 。
实施计划 。 项目计划分两阶段进行：第一阶段开展研制方案规划和工程设计 。 NASA将在2022年初选择多家企业开展为期1年的工作 ， 完成月面反应堆电源工程设计 ， 详细拟定地面样机和飞行样机的研制计划 。 第二阶段开展地面样机和飞行样机研制 。 NASA将在第一阶段完成后再次通过方案征集 ， 选择具有技术、价格优势的最佳企业 ， 在2028年12月以前交付一台地面样机和一台经过鉴定的飞行样机 。
三、研发意义
月面反应堆电源一旦研制成功 ， 将成为太空能源应用的巨大突破 ， 保障月球表面基地的长期可靠能源供应 ， 支持宇航员在月球表面更长时间的深度探索 ， 推动太空反应堆电源技术进一步发展 。
（一）将是太空能源应用的一次巨大突破
核能用于太空领域 ， 较太阳能、化学能等常规能源 ， 具有不受太阳光照影响、能量密度高、使用寿期长等优势 。 美国使用太空核能装置始于1961年 ， 但主要限于输出功率较小的放射性同位素电源 ， 至今已在28个航天器装备了47个电源 ， 输出功率都不超过几百瓦 ， 保障了深空探测、火星和月球表面探测、人造卫星运行等任务 ， 是美国太空探测的核心技术之一 。
太空核反应堆电源可实现千瓦以上乃至兆瓦级的功率输出 。 美国在开发太空核反应堆电源方面经验丰富 ， 但实际仅在1965年发射一次 。 该电源搭载在一颗人造卫星上 ， 电功率仅有500瓦 ， 运行了43天 。 此次研制月面反应堆电源 ， 将是世界上首次将数十千瓦的核能装置用于太空领域 ， 通过提升太空能源供应的功率水平、可靠性和持续性 ， 开辟一系列全新的太空作业类型 ， 占领新的太空技术制高点 ， 推动人类进入持久开发和利用深空的新时代 。