2018年，在內(nèi)華達(dá)州國家試驗(yàn)場，科學(xué)家測試了40年來美國第一個新型核反應(yīng)堆設(shè)計。新裝置叫做Kilopower，不是一個典型的反應(yīng)堆，因?yàn)樗皇窃诘厍蛏鲜褂茫怯糜谔罩小７磻?yīng)堆堆芯鈾-235可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)總共持續(xù)了28小時。裂變產(chǎn)生大約3到4千瓦的熱能，利用輸熱管道輸入斯特林發(fā)動機(jī)發(fā)電。

總有一天，這樣的系統(tǒng)可以驅(qū)動航天器，或者為月球或火星基地提供照明。這種核電源將是一個偉大的進(jìn)步;但是從1965年以來，就沒有人把裂變反應(yīng)堆送出去過。在一系列聯(lián)邦政策的扶持下，對這類裝置的研究再次活躍起來，也引起了美國太空部隊(USSF)的關(guān)注。

EricFelt是空軍研究實(shí)驗(yàn)室(空軍和天軍的支撐組織)的空間飛行器部門主任，接受了Physics Today的采訪，說明了空天軍對空間核反應(yīng)堆的興趣。他說，部門正在跟進(jìn)空間核反應(yīng)堆的發(fā)展，但還沒有為研究提供資金。這個部門最近成立，沒有馬上利用非陸基核反應(yīng)堆的計劃，也沒有確定空間核裂變是否或如何成為其投資目標(biāo)。他還說，技術(shù)和政策方面的障礙都變小了，但還沒有找到一個需要利用核裂變的目標(biāo)。

適合利用核技術(shù)的一個地方是地月間——也就是地球和月球之間的廣闊空間。未來幾十年該區(qū)域?qū)⒏訐頂D。“如果那里什么都沒有，我們也就不那么關(guān)心”，F(xiàn)elt說。但是，隨著新的衛(wèi)星、航天器和空間碎片逐步增加，USSF希望跟蹤這個情況，發(fā)出威懾或應(yīng)對威脅，以及應(yīng)對可能出現(xiàn)的緊急情況，如救援宇航員。“比如，如果SpaceX星際飛船的推進(jìn)系統(tǒng)在返程(從月球返回地球)中失效，而日本億萬富翁前澤友作(計劃成為Space X首位繞月旅行的私人乘客)需要救援，USSF必須盡我們所能去提供幫助。”

Kilopower的開發(fā)者之一，洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實(shí)驗(yàn)室的Patrick McClure，相信他的技術(shù)可以有助于關(guān)注地月間的進(jìn)展：Kilopower 驅(qū)動的飛船可以長期監(jiān)視大尺度空間，而且不依賴于太陽。Patrick McClure的同事、Kilopower 首席設(shè)計者David Poston說：“在地月間，太陽能相當(dāng)好，但是反應(yīng)堆不需要朝向太陽，而且它更隱蔽。太陽能板的陣列非常大，還必須在陽光下才能工作。然而，除非很靠近，人們不容易檢測到反應(yīng)堆的輻射。輻射體的大小可能是太陽能電池板的十分之一，也不反射光，盡管會出現(xiàn)相對較小的紅外光。”

McClure、Poston和前洛斯阿拉莫斯副主任Andy Phelps將他們的新發(fā)明分拆出來，置于一家名為太空核能公司(或叫做SpaceNukes)的公司。這個團(tuán)隊認(rèn)為該系統(tǒng)在太間里很有用，因?yàn)榉磻?yīng)堆可以自我控制;它沒有那么多易損部件，比如泵、閥門和過濾器;在沒有進(jìn)入太空并啟動之前，它是沒有多少放射性性的;并且在每一個設(shè)想到的火箭發(fā)射失敗中保持亞臨界。Poston說，Kilopower 在2018年的測試是“完成更大容量、更高功率系統(tǒng)的基礎(chǔ)，從而達(dá)到用于物體快速移動和高功率應(yīng)用的目的”。

SpaceNukes不是唯一進(jìn)行地月空間核反應(yīng)堆研究的團(tuán)隊。其中，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)正在進(jìn)行一個相關(guān)的項(xiàng)目，即“快速地月空間操作火箭示范工程(DRACO)”。該飛船將由一個核熱系統(tǒng)驅(qū)動，能夠監(jiān)視一大片區(qū)域。在地球附近，跟蹤環(huán)繞軌道運(yùn)行的物體很難，而且隨著范圍的擴(kuò)大，問題也更大。DRACO 項(xiàng)目經(jīng)理內(nèi)Nathan Greiner說：“實(shí)際上，對距離有嚴(yán)格的限制”。他解釋說，“核驅(qū)動航天器可以更好地應(yīng)對如此廣闊的環(huán)境，因?yàn)樗鼈儥C(jī)動性更好。與化學(xué)能推進(jìn)相比，熱核推進(jìn)會產(chǎn)生更高的比沖，這讓熱核推進(jìn)能夠比化學(xué)能推進(jìn)更快地進(jìn)行大機(jī)動”。

Felt已經(jīng)與DRACO 會面，并同意去考慮和DARPA 公司開展合作，在技術(shù)成熟后將其讓渡給天軍部隊。Felt說，和Kilopower 項(xiàng)目一樣，天軍部隊必須首先找到一個“殺手應(yīng)用”。

政治考量

如果這種應(yīng)用終會在地月空間或其他地方實(shí)現(xiàn)，最近的政策發(fā)展將使其更加順利。2019年，特朗普政府發(fā)布了《美國國家安全總統(tǒng)備忘錄-20號》，該備忘會管理空間核系統(tǒng)的發(fā)射。它提出，想要批準(zhǔn)一項(xiàng)任務(wù)，核能不一定要成為任務(wù)的關(guān)鍵。Felt說：“你不必去證明沒有其他方法和得到總統(tǒng)的特別批準(zhǔn)，但我和團(tuán)隊開玩笑說，僅僅因?yàn)橛腥俗屇氵@么做，并不意味著你應(yīng)該這么做”。

繼2019年的備忘錄之后，2020年發(fā)布了一項(xiàng)空間政策指令，制定了空間核電源和核能推進(jìn)的國家戰(zhàn)略。2021年1月，又發(fā)布了一項(xiàng)推進(jìn)空間小型模塊化反應(yīng)堆的政令。

DARPA計劃在2025年進(jìn)行DRACO 的第一次飛行。SpaceNukes 的工程師希望發(fā)射自己的Kilopower，但也在為DARPA計劃提供支持。Poston 正在為DRACO起草參考設(shè)計，McClure則正在制定發(fā)射安全協(xié)議。

太空中的核反應(yīng)堆并不是毫無危險。相比常規(guī)航天器，涉及核反應(yīng)堆的事故可能使地球面臨更大的風(fēng)險。任何涉及鈾的技術(shù)都可能面臨國際社會的反對，特別是像Kilopower 那樣使用高濃鈾(HEU)。McClure說：“HEU的問題是它是武器級核材料。人們總是擔(dān)心，如果我們在發(fā)射時丟失，壞人利用它作惡。一些決策者和非營利組織擔(dān)心，生產(chǎn)和使用更多的HEU，會造成核擴(kuò)散風(fēng)險，美國幾十年來努力減少它，將功虧一簣。”

這種簡直準(zhǔn)備好形成炸彈的核燃料并沒有被完全禁止，但它的使用將使Kilopower被列入最嚴(yán)格的發(fā)射批準(zhǔn)類別。該系統(tǒng)還可以使用一種爭議性較低的燃料，可以被成為高濃度低濃鈾(HALEU)，它沒有同等級的擴(kuò)散風(fēng)險，但使用HALEU會使反應(yīng)堆質(zhì)量增加700公斤。Poston說：“我們傾向于使用HEU，因?yàn)闀瓜到y(tǒng)重量更小”。但使用HALEU，DRACO的發(fā)射批準(zhǔn)將被大大簡化。

ZhannaMalekos Smith是戰(zhàn)略與國際研究中心的高級研究員，把這一刻看作是國家“在面臨安全、安保和可持續(xù)性時，展示其太空戰(zhàn)略決心和意圖”的機(jī)會。“當(dāng)然，榜樣是兩方面的，如果美國為操作這些系統(tǒng)縮減任何安全裕度，其他國家可能會認(rèn)為這種做法可以效仿。”

美國會樹立何種榜樣還有待觀察;新的白宮領(lǐng)導(dǎo)者也還沒確定在空間核能和核推進(jìn)方面的立場。Malekos Smith說：“種子已經(jīng)種下了，以后將由拜登政府來決定，他們是希望培育這些種子，還是重新種植其他什么東西，還是踢出去不要。”

Felt不確定種子是否會在天軍力量里開花。但是，他說，“我喜歡我有這個選擇。”