【靠核能在太空駐足】
#太空的時代沒有非核家園 #小英新產業可參考
蔡總統於就職演說定調台灣未來六大產業方向，其中包含進軍航太產業(雖然我不知道進軍哪個部分啦)。但正好，NASA最近要帶你看看甚麼叫太空時代的動力裝置， 蔡英文 Tsai Ing-wen 總統 賴清德 副總統不妨藉機切入！
▋阿提米斯計畫
NASA目標是到2024年將人類任務送上月球，這項名為月神Artemis的計畫，包括太空發射系統火箭，獵戶座太空船，地面探索系統以及研發。NASA估計，要使機組人員登上月球表面，包括第一個踏上月球的女性，將耗資350億美元。2024年後，NASA希望每年開展一次人類飛行任務，並在2028年之前實現月球探勘的永續作業。
而月神計畫也將提供至關重要的經驗，為未來登陸火星之旅鋪路。其中，一項重大工作將涉及弄清何種電力系統（包括從未在月球表面進行過測試的電力系統，例如核電）將最能支持未來的駐點。工程師在權衡其選擇權時必須回答的核心問題是，是否可以將必要的材料安全地送上月球，以及諸如核分裂之類的系統能否在如此惡劣條件下可靠運行。
每種電源都有各自的優缺點要考慮。數十年來，太陽能電池組已經可靠地在太空中提供了再生能源，但在從未獲得任何照明的地方（如月球上資源豐富的隕石坑）太陽能就毫無用處，在火星多風，多塵的表面上，太陽能電池板也難以收集足夠的光，使其成為為生命維持系統供電的危險選擇，電池和燃料電池目前的壽命有限，充其量只能使用輔助電源...
▋核動力的太空運用
一種為太空梭提供動力的核裝置是放射性同位素熱電產生器TGR，其依靠鈽238的衰變產生的熱量運行。自1960年代以來，這些發電機就已在火星探測器上使用，並將空間探測器發送到太陽系的外緣，例如旅行者號飛船和卡西尼號。儘管是科學任務的主力軍，但提供的數百瓦功率，僅足以將無線電信號發送回地球或為相機供電。
而地球最普遍的核能取得途徑還是核分裂技術，由於質能轉換的優勢，它將能持續數年在小空間提供連續、可靠的動力源。1960年代，許多科學家認為，用於太空的核分裂反應爐將緊隨放射性同位素發生器之後。1965年，美國發射了一顆名為SNAP-10A的小型核分裂衛星，但由於電氣問題，它在發射後僅43天就失敗了，成為一塊太空垃圾。在接下來的20年中，蘇聯則發射了31枚類似衛星。
在那之後，由於設計問題和預算激增，用於太空的新型核反應爐開發在停滯了。工程師們希望立即從這些系統獲得先進的性能，從而導致複雜而昂貴的設計，太空用反應爐設計開始不受歡迎，直到NASA Glenn Research Center和美國能源部開始著手一項名為Kilopower的聯合計畫，目標是為太空開發一種新的核反應動力系統，該系統能夠產生約10 kW的電能。
▋Kilopower
只要四個類似的反應爐，就能輕易提供40kW的功率，以供六名機組人員在火星上生活所需。Kilowpower的模組化與密合型設計，大幅減少重量，以往核反應爐系統設計為12-14公噸 (6-7噸反應爐加備用)，而單個Kilopower反應爐的重量僅為1.5噸，成了它能夠上太空的關鍵。
燃料爐芯大約相當於紙巾卷的大小，僅重28公斤，由約8％的鉬和92％的高濃縮鈾組成。核材料被氧化鈹反射器包圍，該反射器將中子反彈到堆芯中以驅動裂變反應。放在鐵心內部的是一根純碳化硼棒，它吸收中子，從而調節核反應功率。緩慢移開碳化硼棒後，中子開始撞擊鈾原子，開始連鎖反應。裂變產生的熱量通過充滿鈉的熱管傳遞到一組史特林引擎，透過活塞驅動，將熱量轉化為電能。最後，反應爐還包括一個散熱器，用於消除多餘的熱量，將其散發到太空中。
目前反應爐開發在經過多項測試與實驗後，已經證明可以順利發電，且維持5KW的輸出後順利關閉，待更多優化後，持續推進至10Kw的目標。
▋核子保防與輻射安全
當然，鑑於鈾的潛在危害人類以及其作為核武器材料的風險，有些人對高濃縮的鈾燃料持懷疑態度。但將鈾運到月球並與反應堆並排工作是安全的，鈾發出的弱α粒子無法穿透紙或皮膚，爐芯周圍的屏蔽層也將防止太空人受到任何輻射(宇宙射線可能更強)。而將反應爐廢料也將被屏蔽並單獨放置。
對於這種系統，最壞的情況是整個反應爐於於火箭發射中炸毀，但霧化和分散的鈾顆粒對一公里內的人所造成的劑量也僅背景輻射千分之一，比乘坐飛機飛行時從太陽輻射中獲得的劑量還少。
當然，核分裂反應爐的未來將不僅取決於技術上的成功，還取決於足夠的資金，國會的支持剛好補足這缺口。反應爐的使用除了通過尚未確定的更多安全性和可靠性測試外，還需要「飛行合格」，這意味著它必須能夠承受發射時承受的重力和月球上看到的極端溫度的影響。
期待我們近期能盡快看到近一步測試成果。
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國際間已經在計畫用核能系統搭載潛艦或太空電力系統時，我們原能會主委謝曉星認為沒有核電後的核能人才卻只能去做除役，Are you blind ? 小英 ~ 你看看，你要打造的太空產業，Nuclear Can Help ~
畢竟「太空的時代，沒有非核家園」
▋參考資料
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.0c00382
史特林引擎發電機 在 Re: [問卦] 怎麼不用史特林引擎當作發電機 - PTT Web 的推薦與評價
... 他人看不穿)》之銘言： : 史特林引擎的轉換效率非常高， : 在能量轉換上面能有效減少能量的浪費， : 那為何發電廠裡面的發電機不使用這個引擎呢？ ... <看更多>