ADVERTISEMENT

 

美国国家航空暨太空总署（NASA）正在研究一种突破性的核电推进系统，该系统可能大幅缩短前往火星的时间。MARVL项目旨在通过在太空中将庞大的散热器系统分解成更小、由机器人组装的部件，彻底改变太空旅行方式。这种方法具有灵活性，消除了有效载荷的限制，并引入了一种全新的航太器设计思路。

核动力推进器模组化组装散热器（MARVL）

核动力推进器模组化组装散热器（MARVL）旨在将核动力推进器的一个关键元素——散热系统——分成较小的部件，在太空中以机器人方式自主组装。

 

往返火星是一项艰鉅的挑战，需要的时间远不止几天、几周甚至几个月。不过，新兴技术可以在两年左右的时间内实现往返旅行。NASA正在研究的一个极具前景的解决方案是核电推进（NEP）。这项技术利用核反应炉发电，然后使气态推进剂电离（即带正电荷）和加速，为航太器产生推力。

位于维吉尼亚州汉普顿的NASA兰利研究中心的研究人员正在开发一个系统，它可以使核电推进离实际应用更近一步。他们的项目名为「核动力推进器模组化组装散热器（MARVL）」，主要针对核动力推进器的一个关键挑战——散热。

放鬆设计与优化

MARVL不依赖于单一的大散热器系统，而是将其分为较小的模组化组件，这些组件可由机器人系统在太空中自主组装。「通过这样做，我们就不用再试图把整个系统装进一个火箭整流罩里了，」NASA兰利分部的传热工程师、MARVL的首席研究员阿曼达·斯塔克说。「相反，这也让我们能够稍微放鬆一下设计，真正做到最佳设计」。

放鬆设计是关键，因为正如斯塔克所提到的，之前的想法是将整个核电散热器系统安装在火箭整流罩（或称鼻锥）下面，鼻锥可以覆盖和保护有效载荷。完全展开后，散热器阵列的大小约等于一个足球场。可以想像，要把如此庞大的系统整齐地折叠在火箭顶端，工程师们将面临怎样的挑战。

模组化带来的可能性

MARVL技术开启了一个充满可能性的世界。与把整个系统塞进现有的火箭中相比，这将使研究人员能够灵活地以任何最合理的方式把系统的各部分送入太空，然后在地球外进行组装。进入太空后，机器人将连接核电推进系统的散热器板，液态金属冷却剂（如钠钾合金）将流经散热器板。

虽然这仍然是一项工程挑战，但它正是NASA兰利分局的航太组装专家数十年来一直在努力攻克的工程难题。MARVL技术可能是第一个重要的里程碑。空间组装组件不是现有技术的附加物，而是将惠及并影响其所服务的航太器的设计。

研究团队的努力

现有的飞行器以前在设计过程中没有考虑过太空组装，因此我们有机会说，「我们要在太空中建造这个飞行器。我们该怎么做？如果我们这样做，飞行器会是什么样子？」NASA兰利研究中心该项目的导师茱莉雅·克莱因说：「我认为这将拓展我们对核动力推进的理解。」

她领导该中心参与了核动力推进技术成熟计划的开发，该计划是MARVL的前身。该技术成熟计划由位于阿拉巴马州亨茨维尔马歇尔太空飞行中心的太空核推进项目负责实施。

NASA空间技术任务局通过「早期职业计划」授予MARVL项目，给予该团队两年的时间来推进这一概念。斯塔克和她的队友正与外部合作伙伴博伊德-兰卡斯特公司合作开发热管理系统。团队成员还包括来自克利夫兰NASA格伦研究中心的散热器设计工程师和来自佛罗里达州甘迺迪航天中心的流体工程师。两年后，该团队希望将MARVL设计推向小规模地面演示。

机器人在太空中建造核推进系统的想法激发了人们的想像力。「我们的一位导师说，‘这就是我想在NASA工作的原因，因为有这样的项目’，这太棒了，因为我很高兴能参与其中，我也有一样的感受。」

NASA的太空核推进项目为MARVL提供了额外支持。该项目正在进行的工作是利用核电推进和核热推进，使绕月运行和近地探索、深空科学任务以及载人探索的技术日益成熟。