美国发布太空核动力与推进国家战略

美国白宫于12月16日发布了“太空政策指令-6”(SPD-6)——“太空核动力与推进国家战略”,旨在推动美国太空核动力和推进技术的快速发展。该战略包括政策、目标、原则、职责、路线图、实施、一般规定等7个章节,约12页。该战略提出应在适当的时候开发和使用太空核动力与推进系统,以实现美国的科学,探索,国家安全和商业目标。

一、太空核动力与推进的内涵与意义

太空核动力与推进(SNPP)系统包括可用于航天器、漫游车以及其他表面设施的动力或推进的放射性同位素动力系统(RPS)和裂变反应堆。SNPP系统可确保上述系统在太阳能和化学能不足的环境下运行。与其他动力方式相比,SNPP能以更低的质量和更小的体积产生更多的能量,从而实现持久存在和运行。SNPP系统还可以缩短航天员和机器人航天器的飞行时间,从而减少在恶劣太空环境中的辐射暴露。安全、可靠和可持续使用SNPP能力对于维持和提升美国在太空中的主导地位和战略领导地位至关重要。
二、发展太空核动力与推进的四大目标

美国希望通过SNPP的开发和使用,不仅要实现一系列现有和未来的太空飞行任务,同时又能充分满足时间进度的要求,目标包括:
一是开发铀燃料处理能力,以生产出适用于月球和行星表面与航天器的核电推进(NEP)和核热推进(NTP)所需要的燃料。

二是演示月球表面的裂变动力系统。该系统的功率可达到40千瓦电(kWe)或更高,以支持持续的月球存在和火星探索。

三是建立技术基础和能力。包括通过确定和解决关键技术挑战,将使NTP能够满足未来国防部和NASA的任务要求。

四是开发出更先进的放射性同位素动力系统,以提供更高的燃油效率,更高的比能量和更长的使用寿命,以支持机器人与人类对月球的长期开发和对火星的探索,并扩展对太阳系其他目的地的机器人探索。

三、发展太空核动力与推进的三大原则

根据所适用的国内法律和国际条约,美国开发和使用SNPP系统时将遵循安全、可靠和可持续性3大原则。
● 安全。所有参与SNPP系统开发和使用的部门和机构均应采取适当措施,以确保在各自职责范围内安全开发、测试、启动、运行和处置SNPP系统。对于政府的SNPP计划,项目启动机构对安全负有主要责任;对于涉及多个机构的计划,应指定每个阶段对安全负主要责任的牵头机构。

● 可靠。参与SNPP系统开发和使用的所有机构均应采取适当措施,以符合核不扩散的原则,保护核材料、放射材料以及敏感信息。在SNPP系统中使用高浓铀(HEU)应该仅限于该任务,不能用于其他任务。在选择HEU、低浓缩铀(LEU)或裂变反应堆系统之前,主管机构应进行彻底的技术审查,以评估替代核燃料的解决方案的可行性,并向国家安全委员会、国家太空委员会、科学技术政策办公室以及管理和预算办公室提供简报,以提供理由说明为何使用SNPP系统。

● 可持续性。所有参与SNPP系统开发和使用的机构均应采取适当措施,使其适合美国航天能力长期发展与确保SNPP的领导地位,如充分与学术机构及商业机构开展合作等。

四、发展太空核动力与推进的路线图

(1)2020年代中期。具备铀燃料处理能力,可生产出用于月球和行星地表以及空间动力的核电推进(NEP)和核热推进(NTP)所需要的燃料。
(2)2020年代中期至后期,演示月球表面的裂变动力系统,功率可扩展至40kWe或更高,以支持持续月球开发和火星探测。NASA应当在2027年之前启动裂变表面动力项目,用于月球表面演示,并可用于火星探测。

(3)到2020年代后期,建立技术基础和能力(包括通过识别和解决关键技术挑战),使核热推进能够满足未来的国防部和NASA任务需求。

(4)到2030年,开发先进的放射性同位素动力系统。与现有系统相比,可提供更高的燃料。

由于太空核动力与推进对于未来的深空探索具备较大的优势,因此NASA一直在进行相关研究。NASA与能源部已合作研究Kilopower项目,开发地面核反应堆,并可扩展到月球表面;NASA还一直在研究核热推进,并得到国会的支持。根据该战略的要求,NASA的近期优先任务是提高SNPP的技术成熟度,在月球上演示裂变表面动力系统,因此将首先设计、制造和测试10千瓦级裂变表面动力系统;2020年代末在月球上演示该系统,为可持续的月球开发提供动力,并测试其在火星上的使用潜力。同时,NASA还将提高核热和核电推进能力。

2020-12-29智邦网

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