以我這種不專業的角度去看，何為太空時代，應該是人類的家園不應只有地球一個，埃隆馬斯克曾在採訪中說道，人類在將來應該是擁有多個母星球的種族，未來不會只有地球一個可居住地，並揚言自己要在火星上退休！

再不濟一點，總歸要在地外建立幾個太空基地吧，然後住上幾十幾百個人。

現在的人類宇航水平還很低階，目前最牛的應該是宇航員在國際空間站上連續生活了一年吧。

離地表近，可以定期的補充食物維持空間站的日常生活，但是人類能在月球上建立基地嗎？並且派個人居住在那裡，可能嗎？

目前看來，不可能。

世界上唯一完成載人登陸月球的國家就只有美國一個，可知載人登陸月球技術在現代人眼裡依然是很先進的技術，當等到這一技術在人眼裡是再平常不過的技術的時候，那個時代應該可以被稱為太空時代了吧。

技術瓶頸肯定有很多方面，我知道的一點就是火箭的問題，沒有大推力火箭，人類能送上太空的東西就太少太少了。

你們的看法呢？

先說結論：人類在宇航中使用能量的方式，這是一個最需要突破的技術瓶頸。

聽眾“腦子停不下來”說聽了吳老師在紹興演講會的關於人類航天夢的演講，感覺很激動，但同時也覺得有點兒沮喪，為什麼呢？

因為人類 1969 年就登月了，可是都快過去半個世紀了，馬斯克發了一個性能還不如五十年前的土星 5 號的獵鷹 9 號重型火箭，大家都激動的不行，人類的宇航技術發展的怎麼這麼慢，與日新月異的資訊科技完全不好比。

阿波羅計劃土星五號獵鷹九號

他想問問我為啥人類的宇航技術進展的如此緩慢，最大的難點到底在哪裡？

我想告訴這位聽眾，決定某一個領域技術發展的快慢絕不僅僅是一個科學問題，還包含了複雜的政治和經濟問題。

上世紀六十年代的“阿波羅計劃”是在美蘇冷戰的大背景下，美國舉全國之力的產物。有人打比方說，以當時的技術，登月就好像用帆船橫渡太平洋。我們可以用一組數字來說明美國當年為了登月耗費的國力，

1965 年，在阿波羅計劃上的花費佔到了美國全部 GDP 總量的 0.8%，而 2016 年美國給NASA 的總預算只佔 GDP 總量的 0.1%,差了八倍。

為了登月，美國動員了全國上百家大學、科研機構和企業，2 萬多名科學家和 40 多萬人在為登月服務。這種盛況在現在這樣的和平年代，是不可能重現的。

可能你經常會聽到別人說，半個世紀以來，人類的宇航技術並沒有得到根本性的提升。但你更想了解的可能是到底什麼才算是本質的提升。我可以給你一個答案，那就是人類在宇航中使用能量的方式，這是一個最為重要的標誌。這有點像衡量宇宙中所有文明等級的卡爾達舍夫等級，用智慧文明能利用的能量等級來劃分文明的等級。

卡爾達舍夫

這半個多世紀以來，人類宇航中使用的能量的方式主要有三種：

給火箭提供動力的是化學能，這種能量的利用效率是很低的；維持各種儀器工作的能量主要來自太陽能和放射性同位素電池。

這三種能量利用的方式都已經是半個世紀之前就有的技術，到今天，依然沒有什麼變化。

要想在宇航技術中實現質的突破，人類就必須掌握在宇航中利用核能的技術，也就是製造出小型可控核反應堆。（這裡插一句，放射性同位素電池雖然利用的也是核能，但它利用的實際上只是天然放射性釋放出來的能量，與原子彈、核電站這種人工激發裂變還是有很大區別的。）

核能有兩種方式可以利用，

一種是裂變反應，就像原子彈那樣；一種是聚變反應，就像氫彈那樣。

而可控的核聚變反應即便是要應用於商業發電目前都還看不到希望，更不要說要小型化到能用於宇航了。現在能看到希望的就是小型化的核裂變反應堆，這個技術一旦突破併成熟，人類的宇航技術又將邁上新的臺階。

千瓦動力

NASA 在這個領域已經努力了半個世紀，希望建造出能在太空使用的核電站。最近，它剛剛成功測試了一個全新的設計，被叫做“千瓦動力（Kilopower）”，它很可能成為小型核反應堆的新里程碑，有可能在未來五到十年內完成首次太空飛行。千瓦動力是由 NASA 和美國能源部共同開發的，是近四十年來美國唯一的全新的核反應堆。它有可能會給人類的宇航技術帶來革命性的變化。

千瓦動力概念圖

在太空探索中，核能主要有兩大用途，分別是供電和助推。

目前的千瓦動力裝置主要用於供電，足夠滿足一艘大型飛船所需要的電力。在未來，千瓦動力可能也會被用於助推太空飛船，主要透過給離子發動機供電的方式來實現，但 NASA 目前關於這項使用還沒有確切的計劃。

我們來了解一下千瓦動力裝置的原理：它是一個微型的核反應堆，用一根硼控制棒插入一堆鈾中，進行可控的核裂變反應，釋放熱量，轉換為電能。

NASA 目前的這個裝置可以產生高達 10 千瓦時的電力。如果有四個這樣的裝置，就足夠一個火星或月球上的人類前哨站使用。這些電量差不多就是 3-8 戶普通的美國家庭的用電量。

實際上，NASA 研製太空核電站的歷史已經很悠久了。千瓦動力是從 2012 年開始研發的，它的前身是 NASA 上世紀六十年代的核輔助能源專案，被簡稱為 SNAP。

1965 年 4 月，NASA 發射過一個名為 SNAP-10A 的核電站。它在太空中工作了 43 天，產生了 500 瓦時的電力，然後一個零件壞了，戛然而止。它現在仍然在地球軌道上，不過被看作是太空垃圾了。

在二十世紀六七十年代，NASA 還有一個“用於火箭發動機的核動力引擎”（NERVA）的專案，用來研究將核能用於助推火箭。這個專案使用核反應堆來加熱氫氣，並透過排氣口排出氫氣，就像化學火箭燃燒燃料來推動火箭一樣。但這個專案在 1973 年就結束了。

NERVA 引擎的設計圖

根據世界核協會的統計，俄羅斯在太空中運行了 30 多個核反應堆。康涅狄格大學研究核能的工程學教授布魯諾說，在尼克松總統 1973 年取消了 NASA 的核動能助推研究後，俄羅斯也不再進行這項研究了。從 1973 年起，所有事情基本上都停滯不前了，到了 2018 年，當時在這個領域工作的人基本都退休或去世了。

2012 年美國啟動千瓦動力專案，最新一次 NASA 和能源部的測試從 2017 年 11 月開始，持續到 2018 年的 3 月。這項測試被稱為“使用斯特林技術的千瓦級反應堆（KRUSTY）”。千瓦動力首席工程師馬克·吉布森表示，這次測試是在 800 攝氏度的環境下進行的，測試地點是在 NASA 的格倫研究中心，千瓦動力產生了超過 4 千瓦時的電。

NASA 和能源部的官員表示：

由於執行方式的升級，千瓦動力比之前幾代都來的更安全。使用硼控制棒和鈹反射器，裂變鏈式反應能被控制，甚至可以停下。只有在反應堆遠離地球以後，原子的分裂才會開始。

這個專案的負責人是美國能源部洛斯阿拉莫斯國家實驗室的帕特里克·麥克盧爾，他說：

這個反應堆很安全，哪怕反應堆或搭載它的火箭在發射臺上爆炸了，它們中心位置的鈾 235 並不會置人於死地，一公里範圍內的人們接觸到的輻射水平並不會比自然環境中的高。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室的首席反應堆設計師戴維·波斯頓表示：

一個類似的反應堆可以為離子推進器提供動力，這樣就可以助推火箭了，不過這還只是停留在理論上。

NASA 目前正在另外開發一種全新的基於鈾的核熱引擎概念，它的工作方式將和現有的化學火箭十分類似，都是加速推進器後端的燃料。但 2017 年 8 月開始的“核能熱力推進”專案和千瓦動力相比，只是剛剛開了個頭。

千瓦動力是向在太空中應用核電站這個目標邁出的重要一步。

在外星球部署千瓦動力核電系統的概念圖

下一步很可能就是在太空中測試反應堆了。NASA 目前還沒有批准這樣的測試計劃。但 NASA 太空科技副行政官路特在 2018 年 5 月早些時候的一次新聞釋出會上說，研究人員將在未來的一年半中，專心致志地研究出如何實現這樣的測試飛行的方法。一個可能的方法是在月球著陸器上搭載一個小型的千瓦動力反應堆。NASA 把研究重點重新聚焦在月球上後，相關的探索任務可能會開發這樣的著陸器。

可以說，目前的千瓦動力專案還處在非常初級的階段，但最激動人心的是它的潛力。它只是在太空中使用核裂變能源的第一步，當人類終於能夠在太空中大規模地有效利用核能了，那麼宇航的新時代也就到來了。