中国航天3月份低调的宣布一项重大进展，那就是【空间闭式布雷顿热电转换系统】顺利进行了多次系统级试车。
这个拗口又晦涩的系统，却引发国内外业界的高度关注，因为这项技术，标志着我国在空间反应堆电源技术取得了长足进展，为深空探测和月球、火星基地，解决了能源问题。
（闭式布雷顿循环设备示意图，看上去比较复杂，但本质还是“烧开水”）
下面我们就了解一下，这个复杂名词背后到底是什么，以及为何有这么重要的意义。
【什么叫“布雷顿循环”】“布雷顿循环”，简单的说就是利用核裂变产生热量，加热气体，气体膨胀做功，一部分用来驱动压气机实现气体循环，还有一部分驱动电机生成电能对外输出。而气体可以通过冷却，重新回收利用，如此不断循环。
烧的虽然不是“水”，但本质还是将【热能】转换成介质的【动能】，再将动能切割磁感线变成【电能】。
（布雷顿循环）
布雷顿循环，简单来说就是让废气能够冷却，并重新加热，进入做功循环的【封闭】动力系统。系统与外界没有物质交换，只有能量辐射。
布雷顿循环，功率已经达到【百千瓦级】。它具备功率密度大、效率高等优点。未来系统研制成功之后，可以用于中国太空站、太空拖船、星表科考站等航天器，意义重大。
前两年中国航天宣布在研究千米级大型航天器，如今在能源方面取得突破，可以说距离我们大规模利用太空，又近了一步。
（高功率发电与大比冲推进，是对未来太空动力的两大需求）
【已有太阳能帆板，为何还要核动力】随着航天器系统和设备越来越多，对电源的需求也越来越高。我们常见航天器的电源多来自太阳能，由太阳能帆板提供。
比如我国最新的太阳能电池是薄膜材料的，非常轻便，这是巨大的优势，但也面临一些瓶颈。首先是转换效率低，现代太阳能转换效率大约是20%，大型航天器例如空间站需要的能量又很大，这就要安装面积巨大的太阳能帆板，而将其发射到太空、顺利展开，技术难度和风险并不低。
（天宫空间站靠大量太阳能电池板供能）
天宫空间站靠大量太阳能电池板供能，目前发电功率是100千瓦。也就是说，若是有了百千瓦级别的太空反应堆，天宫就完全不需要太阳能电池板了。
另外，太阳能电池自然是【依赖太阳】，一旦飞行器距离太阳太远，效率将大打折扣。例如当航天器在木星附近的时候，它获取的太阳能只相当于地球附近【十分之一】，想飞出太阳系则更不能指望太阳能。
（距离太阳越远，飞行器获得的太阳辐射能自然越少）
再比如，月球有些高价值的坑谷地区是永久月夜。即便有光照地区，也面临30天的昼夜交替，玉兔号也是因此才需要定期休眠。太阳能已无法满足这类地区【长期大功率】电量需求。
（月球基地可能面临连续十几天看不见太阳）
【科学的尽头，确实是烧开水】功率高，持续发电能力强，同时又相对简单的发电设备，就是利用电磁转换原理的动力发电机，将动能切割磁场，转换成电能。而在外太空，最佳的动能来源，那就是借助核燃料的热能，“烧开水”。
（核电站与蒸汽机，本质并无太大区别，只是更复杂更安全更高效）
太空反应堆，能量密度高，功率大，受到气象及环境影响较小，因此国内外航天工业都认为太空反应堆电源系统是深空探测、地外科考站的理想动力系统。
【国外同类型设备，已经投入应用】早在60年代，美国及苏联对太空反应堆电源系统进行了大量研究，取得了一系列技术成果，成功实现了太空反应堆电源系统的实用。1965年美国发射第一颗带太空反应堆电源系统的卫星，苏联随后在1970年也发射了同类型卫星，截止到1990年，美苏大约发射了38颗太空反应堆电源卫星，主要用于大型卫星。
（1965年发射升空的SNAP-10A太空反应堆）
进入新世纪，随着深空探测、地外科考站项目兴起，太空反应堆电源系统再次受到国际航天业的重视。
2015年美国NASA发布了空间核技术发展路线图，开展了新一代空间反应堆的研制工作，2018年地面原型样机开始测试。
俄罗斯也提出了自己的空间核技术计划，有消息说俄罗斯已经在2020左右完成新一代空间反应堆及电源系统设计，计划用于新一代航天器。
【我国在相关领域，处于什么水平？】上世纪70年代，中国航天技术人员根据未来航天器的发展，着手研制中国自己的空间反应堆及电源技术。90年代相关工程进入快速发展阶段，技术人员提出了国产空间反应堆及电源系统技术方案，并且进行了关键部件的研究与攻关。
（宇宙虽然温度低，但缺少介质，真空导致散热并不方便，需要大面积的辐射散热器，设备研发并不容易）
进入新世纪中国在空间反应堆技术方面开始加速，完成了国产第一代空间反应堆原理样机，它采用液态金属冷却，体积小、重量轻，工作稳定可靠，为了国产空间反应堆及电源发展打下了坚实的基础。
（核反应堆示意图）
虽然反应堆本质是“烧开水”，但具体到实际应用就复杂得多。仅仅是用哪种物质代替水，以便让循环更安全高效，就需要大量基础研究。
最终借助大量空间反应堆技术成果，我国航天科技集团6院801所研制出了这台大功率太空核电系统。它采用闭式布雷顿循环原理，以氦氙混合气体为循环工质，实现高效热电转移。
【不仅能发电，还能高效推进】空间反应堆产生的能量，不仅可以用于航天器的电能需求，也可以用于系统推进 ，形成核热推进系统。由于核能的能量密度远高于化学能，因此核热推进系统能量密度远高于现在的化学能，未来星际航行核热推进系统是方向。
（核动力火箭想象图）
直接用反应堆的超高温，加热介质，可实现比化学能燃料更强的推力。核火箭与电推一样，都还是工质发动机，需要喷射介质。
空间反应堆及电源系统，是未来航天器的关键能源及动力系统，可以说深空探测、星际航天、地外科考站都依赖这个技术的发展。此次百千瓦级空间布雷顿循环热电转换系统研制成功，是中国空间核动力技术一个重大技术突破，代表着中国空间核动力技术正在向国际领先水平迈进。
总有人说我们在太空的目标，就是要追赶美国，拿下世界第一。其实这个说法的格局小了。我们的科幻电影《流浪地球》主旨是世界人民大团结，我们的真正目标，就是为了全人类和平利用太空，从来不是要跟超级大国争夺什么太空霸权。
未来国产空间反应堆及电源系统，将会中国航天计划提供有力的能源及动力支撑，同时也可以用于极地、深海科考领域，造福全人类。
（阿凡达飞船，红色部分是巨大的散热片）
阿凡达飞船后方巨大的赤红色设备，就是反应堆的高温散热板，比飞船主体还大。虽然是科幻，但还是要依托一定现实。
