中国试制空间核反应堆及超大功率的核卫星(组图)

资料图：前苏联的核动力卫星

　　揭秘火星探测车用核电池

　　北京时间8月6日13时31分，美国航天局2011年年底发射的“好奇”号探测车登陆火星表面，“降落”时长7分钟。并开始了在火星为期两年的任务。“好奇”号项目总投资为25亿美元，是迄今最昂贵的火星探测项目。美国总统奥巴马的顶级科学顾问约翰・霍尔德伦（John Holdren）认为，“这是行星探索迈出的巨大的一步。以前从来没有人做到过类似的事情。这次的表现令人难以置信。”

　　这个重量达1吨的火星探测车使用的是六轮核动力，据报道称，好奇号火星车是美国宇航局迄今最为先进的火星车，大小与一辆小汽车接近，以核电池作为动力，至少可以保证14年的供能。据了解，在外行星探测中，由于空间探测器远离太阳，难以利用太阳电池发电，必须采用核电源。美国在“海盗”号探测器，“先驱者”10号、11号探测器，“旅行者”1号、2号探测器，木星和土星探测器中，都使用了同位素温差发电器作为电源。那么，到底什么是核动力呢?

　　核动力原理简介

　　核动力是利用可控核反应来获取能量，从而得到动力，热量和电能。因为核辐射问题和现在人类还只能控制核裂变，所以核能暂时未能得到大规模的利用。利用核反应来获取能量的原理是：当裂变材料（例如铀-235）在受人为控制的条件下发生核裂变时，核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动蒸汽机。蒸汽机可以直接提供动力，也可以连接发电机来产生电能。世界各国军队中的大部分潜艇及航空母舰都以核能为动力，同时，核能每年提供人类获得的所有能量中的7%，或人类获得的所有电能中的15.7%。

　　核动力卫星使用核电源的人造地球卫星。核电源工作寿命长，性能可靠，能提供较大的功率。它与太阳电池电源相比，适应环境能力强，由于在卫星外部没有伸展开的大面积太阳电池翼，在低轨道飞行时大气阻力较小。在空间战中使用核电源能提高卫星的生存能力。核电源适用于某些军用卫星和行星探测器。由于卫星坠毁时会对大气和地球造成污染，核电源的使用受到安全上的限制。卫星用的核电源有两类：放射性同位素温差发电器和核反应堆电源。前者功率较小，为几十至几百瓦;后者功率较大，可达数千瓦至数十千瓦。

　　卫星用的核电源有两类：放射性同位素温差发电器和核反应堆电源。前者功率较小，为几十至几百瓦;后者功率较大，可达数千瓦至数十千瓦。美国在1965年发射的一颗军用卫星中，用反应堆温差发电器作为电源，由于电源调节器出现故障仅工作43天。以钚238放射性同位素作热源的同位素温差发电器，曾用于“子午仪”号导航卫星、“林肯 ”号试验卫星和“雨云”号卫星;苏联在1967～1982年共发射了24颗核动力卫星，都属于海洋监视卫星。在外行星探测中，由于空间探测器远离太阳，难以利用太阳电池发电，必须采用核电源。

　　核动力使用现状

　　中国于20世纪70年代开始空间堆的研究工作，后一度中止。“九五”期间，空间堆研究被列入总装备部预先研究项目，由原子能院和空间技术研究院共同承担，完成了空间堆概念设计。“十五”起，开始了空间堆初步设计和关键技术攻关，在设计技术、制造技术、试验技术以及安全研究等方面均取得一定突破。目前项目处于从技术设计到施工设计的过度阶段，正进行设备和部件的研制和单项试验。计划2015年完成地面试验，2020年定型，2025年发射“百千瓦级核反应堆试验星”，进行在轨演示验证，掌握超大功率空间核反应堆电源技术。

　　俄罗斯、美国、法国、德国和日本等国从20世纪60年代起就开始开展空间堆的研究，目前只有美国和俄罗斯进行了实际发射。截至2004年，俄罗斯供发射了37个使用空间堆供电的航天器;美国发射过1个类似装置。

　　西方在核动力卫星技术方面也起步很早，美国在1960年代就开始将核反应堆装上卫星，但出于安全考虑，与前苏联相比数量较少。但近年来，美国和欧洲又重新开始新一代核动力卫星的研发。

　　目前，大多数人造卫星依靠太阳能电池提供动力，因此显眼的太阳能板成为多数卫星的主要特征。而空间核反应堆可以提供更充足的能源，而且也可以通过减少太阳能板减轻卫星的负荷。

　　核动力卫星历史事件

　　美国在1964年4月发射“子午仪”号导航卫星时,因发射失败卫星所携带的放射性同位素源被烧毁,钚238散布在大气层中并扩散至全球。后来改用特种石墨作同位素源外壳，以防烧毁。

　　1968年5月“雨云”号气象卫星发射失败时,核电源落入圣巴巴拉海峡，后被打捞上来。

　　苏联在1967～1982年共发射了24颗核动力卫星，都属于海洋监视卫星。卫星带有以浓缩铀235为燃料的热离子反应堆，功率为5～10千瓦。它们在200多公里的低轨道上工作,完成任务后核反应堆舱段与卫星体分离,并小型火箭推到大约1000公里的轨道,可运行600年。

　　1978年1月24日，苏联“宇宙”954号核动力卫星发生故障，核反应堆舱段未能升高而自然陨落，未燃尽的带有放射性的卫星碎片散落在加拿大境内，造成严重污染。

　　1983年1月“宇宙”1402号核动力卫星发生类似故障,核反应堆舱段在南大西洋上空再入大气层时完全烧毁。

　　核动力卫星威胁

　　978年1月，苏联的雷达海洋侦察卫星（RORSAT）“宇宙”-954，使用自身携带的核反应堆再入大气层，因为卫星的反应堆核未能分离使其进入核安全轨道，最后坠落在加拿大，它污染了大约10万平方公里的土地。

　　1983年2月，核动力的苏联卫星“宇宙”-1402坠落在南大西洋。 最为严重的威胁来自于NASA/欧空局/意大利航天局合作的机器人卫星任务卡西尼-惠更斯。该任务用于研究土星和它的天然卫星，于1997年10月15日发射，并在1999年8月18日进行了重力辅助的地球飞越。该航天器携带有使用32.7千克钚-238的核反应堆，在飞越时距离地球仅有500公里。假如该卫星坠入大气层，将有多至50亿的人口受到辐射的毒害。

　　2009年2月10日，美国铱星公司的“铱”-33通信卫星和已经停止工作的“宇宙”-2251在北西伯利亚上空发生碰撞。“宇宙”-2251就携带有核动力装置，此次碰撞带来了潜在的危险太空碎片。 目前，使用核系统的30颗俄罗斯卫星和7颗美国卫星运行在距离地球800公里到1100公里的轨道上，在那里相似的碰撞还有可能发生。这意味着大约40次的“潜在核爆炸”。如果其中任一卫星碰到太空垃圾碎片，它将减速并最终重返大气层，在地球上空和地面释放辐射。