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美国航天局的核能月球基地 | | | | |
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有关月球基底的新闻最近很热。作为火星之旅的前沿阵地，月球是人类重要的太空实验室。在月球建立基地可要比在上面走两步然后插面小红旗要高难得多，抛开成本不谈，面临的难题包括宇宙辐射、生命系统、水源……其中重要也最关键的，就是稳定的能源。
想象一下在未来的月球基地里，宇航员在忙完一整天的观测任务后，他们吃完晚饭干什么？没错，黄金时间，TV time。那么电从哪里来，你认为他们会用太阳能吗？要知道充电(照射)354小时才够用一晚上，这样可不人性。其实只要一个垃圾桶大小的核反装置就可以解决看电视问题。之前美国航天局曾考虑过蓄电池和燃1k料电池作为临时方案，现在则重要考虑以核能重心来制定能源计划了。
新的 FSP(裂变表面能源)计划简单有效：用一个地下的铀反应堆作为热源和驱动发电机。预计将提供40万千瓦的电力，足以维持四个宇航员的生命系统，余下的还能用于从月球矿石中制造氧气并能满足月球车的运行。
在实施层面，美国航天局已经着手研制两个高效的功率转换器。总部位于俄亥俄州 SunPower 公司提出一个加压活塞的斯特林发动机(1)方案，与 Colorado 公司生产的以布雷顿循环(2)引擎连动的用加热的高压气体来驱动涡轮(见下图)的方案进行 PK。古老的斯特林发动机在用于发电时仍然很高效，而布雷顿式的设计则将事故风险降到最低限度。航天局将在明年选择其中一个能源转换器，并计划在未来五年内对核反应堆的电阻加热器进行太空测试。
美国能源部 Idaho 国家工程实验室的反应堆项目负责人 Jim Werner 表示，最终无论 SunPower 还是 Colorado 胜出， FSP 计划对于月球基地都是完美的能源方案，核反应堆至少可以免维护运行八年。Jim 说：“可以把它随便丢到月球上的某个地方，打开，然后忘记它。”
下面是两个将核热能转化为电力的方案：
1、更高效的斯特林转换器：
图中 A 为反应堆产生的热能，B 为密封的氦气仓(膨胀或压缩)，C 为活塞，D 为交流发电机。
2、更可靠的布雷顿引擎：
图中反应堆产生的热能 A 为压缩气体 B 经过涡轮 C，让交流发动机 D 产生电力，而同流热转换器 E 将多余的热能用来供热，还可以传送到压缩机 F 进入下一个循环。
注(1)： 斯特林发动机(Stirling engine)是独特的热机，其理论上的效率几乎等于最大效率，称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。
注(2)：布雷顿循环(Brayton-cycle )，本身是用于制冷工艺，其工作过程包括等熵压缩、等压冷却、等熵膨胀及等压吸热四个过程。
[ 译自 popsi ] 有关月球基底的新闻最近很热。作为火星之旅的前沿阵地，月球是人类重要的太空实验室。在月球建立基地可要比在上面走两步然后插面小红旗要高难得多，抛开成本不谈，面临的难题包括宇宙辐射、生命系统、水源……其中重要也最关键的，就是稳定的能源。
想象一下在未来的月球基地里，宇航员在忙完一整天的观测任务后，他们吃完晚饭干什么？没错，黄金时间，TV time。那么电从哪里来，你认为他们会用太阳能吗？要知道充电(照射)354小时才够用一晚上，这样可不人性。其实只要一个垃圾桶大小的核反装置就可以解决看电视问题。之前美国航天局曾考虑过蓄电池和燃1k料电池作为临时方案，现在则重要考虑以核能重心来制定能源计划了。
新的 FSP(裂变表面能源)计划简单有效：用一个地下的铀反应堆作为热源和驱动发电机。预计将提供40万千瓦的电力，足以维持四个宇航员的生命系统，余下的还能用于从月球矿石中制造氧气并能满足月球车的运行。
在实施层面，美国航天局已经着手研制两个高效的功率转换器。总部位于俄亥俄州 SunPower 公司提出一个加压活塞的斯特林发动机(1)方案，与 Colorado 公司生产的以布雷顿循环(2)引擎连动的用加热的高压气体来驱动涡轮(见下图)的方案进行 PK。古老的斯特林发动机在用于发电时仍然很高效，而布雷顿式的设计则将事故风险降到最低限度。航天局将在明年选择其中一个能源转换器，并计划在未来五年内对核反应堆的电阻加热器进行太空测试。
美国能源部 Idaho 国家工程实验室的反应堆项目负责人 Jim Werner 表示，最终无论 SunPower 还是 Colorado 胜出， FSP 计划对于月球基地都是完美的能源方案，核反应堆至少可以免维护运行八年。Jim 说：“可以把它随便丢到月球上的某个地方，打开，然后忘记它。”
下面是两个将核热能转化为电力的方案：
1、更高效的斯特林转换器：
图中 A 为反应堆产生的热能，B 为密封的氦气仓(膨胀或压缩)，C 为活塞，D 为交流发电机。
2、更可靠的布雷顿引擎：
图中反应堆产生的热能 A 为压缩气体 B 经过涡轮 C，让交流发动机 D 产生电力，而同流热转换器 E 将多余的热能用来供热，还可以传送到压缩机 F 进入下一个循环。
注(1)： 斯特林发动机(Stirling engine)是独特的热机，其理论上的效率几乎等于最大效率，称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。
注(2)：布雷顿循环(Brayton-cycle )，本身是用于制冷工艺，其工作过程包括等熵压缩、等压冷却、等熵膨胀及等压吸热四个过程。
[ 译自 popsi ] |
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