日期：2026年10月12日 ｜ 來源：IAEA

阿波羅12號太空人艾倫·L·比恩將登月艙中的鈽-238燃料裝入SNAP-27（核子輔助動力系統）放射性同位素熱電發電機。照片：美國國家航空暨太空總署（NASA），1969年11月19日

幾十年來，核子技術一直支持著太空任務，而未來可能會發揮更大的作用。從精巧型熱源和電源到高衝力火箭發動機，核能可以在嚴酷的太空環境中提供高效、可靠且穩定的動力。核子技術已經為衛星、深空探測器、行星探測器、著陸器以及載人太空任務等提供支援。未來，它們或許還能協助支援月球及更遠太空的人類與機器人前哨站。

為什麼我們需要太空核子技術？

太陽能是大多數太空船和衛星的主要能源，但其效率會隨著與太陽距離的增加而降低，這使得太陽能板對於前往外太陽系和星際空間的任務越來越不實務。距離並非唯一的限制：即使距離太陽更近，陽光也可能被完全遮擋，例如月球上永久陰影區的隕石坑；或者陽光會在很長一段時間內無法利用，例如月球長達兩週的黑夜或火星上的沙塵暴。相比之下，核能則無需依賴陽光即可運作。

體積和質量也是限制因素。對於旨在離開地球的太空船而言，每一克、每一立方公分都至關重要。太陽能電池板需要相當大的表面積才能捕獲足夠的陽光，而太空船攜帶化學推進劑的量直接決定了其航程：更多的推進劑可以延長任務，但也會增加質量，從而對初始發射造成了更高的要求。由於核材料具有極高的能量密度，因此可以在不增加化學推進劑質量負擔的情況下延長任務航程。

太空核能應用簡史

首批用於太空的核動力源自1960年代初研製成功，此後一直用於深空探測任務。 1977年發射的兩艘旅行者號探測器至今仍在運行，近50年來一直依靠其搭載的核電池供電。

核分裂反應器也曾用於太空飛行，時間從1960年代末期到1980年代末期。數十座低功率核分裂反應器被發射升空，每座反應器產生數千瓦的電力，用於持續數月至數年的任務。這些裝置證明了可控核分裂反應可以在軌道上可靠地運作。核能火箭引擎也有其自身的發展歷程。在1950年代和1960年代，人們研發並進行了多種核子火箭引擎的地面測試。

用於太空的核子技術是在國際監管架構下成功發展的。 1970年代末，人們逐漸意識到制定明確安全標準的重要性，這促成了1992年通過了《外太空核子能源使用原則》，以及2009年聯合國和國際原子能總署聯合通過的《外太空核子能源應用安全架構》的補充，作為負責使用核子電源的指引。

什麼是核電池？它們在太空中如何運作？

最簡單的太空核能應用既不需要反應器，也不需要鏈式反應。特定放射性元素的自然衰變會釋放出穩定的能量，足以支援低功率電子和組件的運作。釋放的能量可以直接用作熱能，也可以轉換為電能。基於此原理的裝置被應用於深太空探測器、火星著陸器和探測器車以及小型衛星上。它們也曾用於登月任務。

利用放射性衰變釋放的能量主要有兩種方式。放射性同位素加熱器（RHU）僅產生熱量，其用途僅限於防止敏感儀器在火星表面或深太空等寒冷環境中被凍結。放射性同位素熱電發電機（RTG）——通常被稱為核電池——更進一步：它們將放射性衰變產生的熱量轉化為電能。其輸出功率不高，通常為幾瓦到幾百瓦。然而，由於其內部放射性燃料衰變速度極慢，因此壽命極長，能夠穩定供電數十年。

阿波羅14號在月球上的放射性同位素熱電發電機。照片：NASA，1971年2月5日

如今，不同的放射性同位素和新型設計正在製造成核電池，這些電池能夠支援小型衛星和其他精巧型用品，而這些應用先前由於電池尺寸的限制是無法實現的。

太空用分裂型反應器的未來發展方向是什麼？

與利用天然放射性衰變的核電池不同，分裂型反應器依賴可控的核鏈式反應，其釋放的能量遠高於放射性同位素熱電發生器（RTG）或放射性同位素熱電裝置（RHU）。

核能微型反應器是核能的新領域：這種緊湊型分裂反應器可提供從幾千瓦到100千瓦不等的電力，並可持續運轉十年以上。一些早期概念設想的輸出功率可達數百萬瓦，但這些仍在研發中。微型反應器不受陽光或星球表面條件的限制，其持續的能量輸出使其成為為月球或火星上的人類或機器人基地供電的理想選擇：它們將使太空人能夠在表面停留更長時間，並使機器人系統能夠以更高的自主性運作。近年來，已有多種微型反應器概念設計，並進行了實地的測試。

核能可以用於火箭推進嗎？

現今的火箭依靠化學方式推進：燃料和氧化劑燃燒產生推力。而核熱推進（NTP）利用分裂反應器直接加熱推進劑，其比衝（即引擎在一定量推進劑作用下產生的推力）是目前化學火箭的兩倍以上。目前仍在發展中的一種相關技術—核電推進（NEP）—提供離子或電漿推進器動力，從而進一步提升推進能力。簡而言之：NTP 提供強大的瞬間推力，而 NEP 則在更長的時間內提供較低的推力。

核動力推進－優勢與前景

與化學動力推進相比，核動力引擎可為任務規劃者帶來許多優勢。它們所需的推進劑更少，從而為有效負載、補給品或科學儀器騰出更多空間。此外，它們還能以更大的推力加速太空船，縮短飛行時間。更快的飛行速度意味著更安全，因為它可以減少太空人曝露於宇宙輻射的時間，並讓他們有更多時間在目的地執行任務。未來的任務或許會採用化學動力推進進行初始發射和助推，而核動力則用於後續的飛行。

展望未來，可望發展更強大的核動力推進方式。理論上，融合可以提供的能量密度比現有分裂系統高得多。這些融合推進概念目前尚處於研發階段，但它們或許將在遙遠未來的太空旅行中，發揮重要的作用。

原子核可以釋放出來其中蘊藏的能量，並以截然不同的規模應用於太空探索，從硬幣大小的微型電池，到未來地面基地所需的反應器，以及目前尚未出現的新型發動機。從這些核子技術的研發和部署中汲取的經驗教訓，不僅在太空領域，而且在地球上也可能具有重要的價值。