NASA紅外望遠(yuǎn)鏡

NASA在2019財年預(yù)算中為先進(jìn)飛行器計劃（AAVP）申請了2.31億美元。目標(biāo)包括為5～10兆瓦商用飛機(jī)混合電推進(jìn)系統(tǒng)開發(fā)可行的概念，重點聚焦超導(dǎo)電機(jī)的開發(fā)。

NASA 2019財年的計劃包括在NEAT（NASA電推進(jìn)飛機(jī)試驗臺）試驗臺上測試兆瓦級的動力系統(tǒng)，將其作為STARC-ABL（帶后置附面層抽吸的單通道渦輪電推進(jìn)飛機(jī)）概念的2.6兆瓦電力系統(tǒng)的簡化縮比驗證。STARC-ABL概念采用分布式渦輪電推進(jìn)構(gòu)型，機(jī)翼下方安裝的2臺渦扇發(fā)動機(jī)除了提供大部分的推力外，還產(chǎn)生電力驅(qū)動機(jī)身尾部安裝的風(fēng)扇提供剩余推力，而風(fēng)扇對機(jī)身低速附面層的抽吸使得全機(jī)阻力有所降低。

2019年，NASA還將繼續(xù)推進(jìn)X-57麥克斯韋電推進(jìn)驗證機(jī)的研究，計劃通過將通用飛機(jī)的活塞發(fā)動機(jī)替換為電動機(jī)和電池來驗證整體的能量需求降低3倍的能力。X-57第二階段構(gòu)型（活塞發(fā)動機(jī)原位替換）將于2018年首飛。2019年將試飛X-57第三階段構(gòu)型（一個新的低阻、大展弦比機(jī)翼，翼梢安裝電機(jī)）。

NASA 2019財年其他的里程碑還包括波音更高速度（Ma0.78）巡航的跨聲速桁架式支撐機(jī)翼（TTBW）將進(jìn)行風(fēng)洞試驗。先前的研究主要針對較低巡航速度進(jìn)行優(yōu)化。

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NASA等航天機(jī)構(gòu)，都在為未來的載人空間探測儲備關(guān)鍵技術(shù)。為了將宇航員運往月球、火星、甚至更遠(yuǎn)的目的地，我們不但需要新型的運載工具（如SLS）和飛行器（如獵戶座飛船），還需要新的能量來源。

Kilopower安置在月球表面的效果圖

NASA

在復(fù)雜的空間任務(wù)中，核能的優(yōu)勢遠(yuǎn)超化學(xué)能源和太陽能。因此，NASA與美國能源部的國家核安全局（National Nuclear Security Administration, NNSA）合作推出了——Kilopower，一種輕型的核裂變發(fā)電機(jī)，以期提供持久的電力。近日，該裝置進(jìn)行了原理驗證。

5月2日，NASA在Glenn研究中心召開發(fā)布會，公布了Kilopower試驗裝置的一些技術(shù)細(xì)節(jié)。該裝置全稱：Kilopower斯特林技術(shù)反應(yīng)堆（Kilopower Reactor Using Stirling Technology , KRUSTY）。按披露，Kilopower可以提供10千瓦的發(fā)電功率，并可以持續(xù)工作10年。

NASA和NNSA的工程師正在放下Kilopower裝置真空腔的外殼。

Credits: Los Alamos National Laboratory

NASA空間技術(shù)任務(wù)理事會（STMD）的代理助理會長Jim Reuter在發(fā)布會上解釋說：

“在未來的無人及載人空間任務(wù)中，安全、高效且充足的能源是關(guān)鍵點。預(yù)計Kilopower將會成為月球及火星電源系統(tǒng)的核心設(shè)備?！?/p>

這次測試原型機(jī)采用小型固體鈾-235反應(yīng)堆芯，利用無源鈉熱管將反應(yīng)堆熱量傳遞給高效的斯特林發(fā)動機(jī)，并最終產(chǎn)生電力。這種發(fā)電裝置非常適合像月球這樣的場景，由于月球上的夜晚持續(xù)長達(dá)14個地球日，太陽能電池板顯然無法滿足需求。

此外，許多月球探測項目還計劃在永久陰影極地地區(qū)或穩(wěn)定的地下熔巖腔中建造前哨站。在火星上，陽光雖然更充足，但會受到晝夜周期和天氣（如沙塵暴）的影響。因此，持續(xù)穩(wěn)定的核能，優(yōu)于太陽能這樣的間歇性電源。

“Kilopower將為我們提供更多的能源，足以支撐更高能耗的探測任務(wù)。只有前所未有的新型能源，才能支撐長期有人值守的月球及其他星球的探測任務(wù)?！?/p>

火星基地4臺Kilopower構(gòu)成發(fā)電站的效果圖

Credit: NASA/STMD

2017年11月至3月，科學(xué)家們在國家核安全局的內(nèi)華達(dá)國家安全站（NNSS）進(jìn)行Kilopower實驗。除證明系統(tǒng)可通過裂變發(fā)電外，實驗還需驗證在各種環(huán)境下的穩(wěn)定性和安全性。為此，Kilopower團(tuán)隊將實驗劃分為四個階段進(jìn)行。

為了確保安全，實驗的前兩個階段并不“點火”，只是測試裝置各個部件的運轉(zhuǎn)情況；第三個階段開始逐漸為堆芯加熱；第四階段是持續(xù)28小時的全功率運行測試。第四階段中模擬了裝置的各種運行狀態(tài)：反應(yīng)堆啟動，加速到全功率，穩(wěn)定運行以及關(guān)閉。

在整個實驗過程中，團(tuán)隊模擬了各種系統(tǒng)故障，包括功率降低，發(fā)動機(jī)失效和熱管失效，以驗證其在各種故障下均可工作。在整個過程中，KRUSTY能夠持續(xù)提供電力，證明它可以忍受空間探測遇到的各種問題。正如吉布森所說：

“無論將反應(yīng)堆暴露在何種環(huán)境，它都能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。這次實驗證明了裝置設(shè)計合理可靠?！?/p>

永久月球基地想象圖。Kilopower將使得大型基地成為可能。

Credit: ESA/Foster + Partners

展望未來，Kilopower項目仍將是NASA“改變游戲規(guī)則發(fā)展計劃”（Game Changing Development，GCD）的一部分。作為NASA“空間技術(shù)任務(wù)理事會”（Space Technology Mission Directorate，STMD）的一部分，該計劃的目標(biāo)為NASA未來的太空任務(wù)提供先進(jìn)技術(shù)儲備。最終，該團(tuán)隊希望到2020年過渡到“技術(shù)示范任務(wù)”（ Technology Demonstration Mission，TDM）計劃。

如果一切順利，KRUSTY反應(yīng)堆提供的電力，可以支撐月球和火星上的有人永久實驗站。更進(jìn)一步，擁有足夠的能源供給后，人類將利用當(dāng)?shù)厮a(chǎn)肼燃料，就地取材制造建筑材料。

也許很快我們將看到這樣的場景，機(jī)器人在月球表面采用3D打印技術(shù)建造基地，宇航員則定期前往月球開展研究、實驗。不久的將來，基地還將興建到火星，甚至更遠(yuǎn)的星球。

請欣賞由NASA 360提供的GCD介紹視頻：

原文見于Universe Today

編譯：趙琨 | 校對：毛明遠(yuǎn)

編排：趙琨 | 配樂：解仁江

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