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斯納普10A型

斯納普10A型(SNAP-10A[3]，又名太空核輔助電力快照，也稱作「OPS 4682」、「COSPAR 1965-027A」 [4])是美國在1965年作為快照計劃的一部分[5][4]，發射到太空的實驗性核動力衛星[6]。這項試驗標誌着世界上第一次在軌道上運行核反應堆以及離子推進器系統在軌道上的首次運行[7][8]。

斯納普10A型(快照)
180px
斯納普10A型太空核電站照片
任務類型工程學
運營方美國空軍
國際衛星標識符1965-27A
衛星目錄序號01314在維基數據編輯
任務時長43天
航天器屬性
製造方原子國際公司
發射質量440千克(970磅)
任務開始
發射日期1965年4月3日21點25分
運載火箭擎天神-愛琴娜D型火箭
發射場范登堡空軍基地4號航天發射場[1]
軌道參數
參照系地心軌道
軌域近地軌道
離心率0.00319
近地心點1268公里(788英里)
遠地心點1317公里(818英里)
傾角90.2°
週期111.4分鐘[2]
曆元965年4月3日

它是美國發射到太空的唯一一座裂變反應堆動力系統。由於非核電氣部件故障，反應堆僅運行43天後就停止了工作[9]，而後繼也沒有把第二個反應爐送上太空的計畫（僅有核電池）。核輔助動力系統計劃(SNAP)反應堆是在美國原子能委員會的監督下於20世紀50年代和60年代初專門為衛星使用而開發的[10][11]。

歷史

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核輔助電力系統(SNAP)計劃是根據蘭德公司於1954年完成的偵察衛星研究項目反饋而開發的[12]。由於一些擬建衛星的功率需求很高，有些甚至高達幾千瓦。因此，美國原子能委員會(AEC)要求工業界進行一系列的太空核電站研究。這些研究於1952年完成，確定了核電站在技術上可用於衛星[13]:5。

1955年，原子能委員會啟動了兩個平行的斯納普核電項目，其中一個承包給馬丁公司，利用放射性同位素衰變作為發電機的動力源，這些電站被賦予以斯納普1開頭的單數名稱。另一個項目為利用核反應堆發電，由原子國際部開發，他們的系統被給予斯納普偶數的名稱，第一座核反應堆命名為斯納普2型[13]:5。

斯納普10A型是原子國際建造的首座用於太空的核反應堆動力系統，它是從300瓦的斯納普10 型設計演變而來的，滿足了1961年國防部對500瓦系統的要求[13]:5,7。

大多數系統開發和反應堆測試都安排在加利福尼亞州文圖拉縣的聖蘇珊娜野外實驗室(Santa Susana Field Laboratory)進行，使用了許多專業設施[14]。

建造

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斯納普10A型有三大主要部件：緊湊型核反應堆、反應堆反射體和控制系統、熱傳導和功率轉換系統。

該反應堆長39.62厘米(15.6英寸)，直徑22.4厘米(8.8英寸)，可容納37根含有鈾-235的鈾氫鋯棒作為燃料[15]。該反應堆設計熱功率輸出為30千瓦，無屏蔽重量為650磅(290千克)。反應堆可從斯納普10A型裝置的頂部辯識出[16]。

反射體被布置在反應堆外部，以提供控制反應堆的手段，它由一層鈹組成，鈹可以反射中子，起到啟動並維持反應堆裂變過程的作用。反射體由一圈爆炸螺栓固定的固定帶鎖定。當反射體從裝置中彈出時，反應堆無法維持核裂變反應，核堆也將被永久關閉。

斯納普10A型採用共晶鈉鉀合金作為冷卻劑，鈉鉀合金通過液態金屬直流傳導泵在堆芯和熱電轉換器之間作循環流動。熱電轉換器(被標識為白色長「圍裙」)為摻雜硅鍺材料的熱耦合，但與鈉鉀傳熱介質之間相互電氣隔離。熱電轉換器一側的鈉鉀與面向寒冷太空中的另一側之間的溫差就產生了電勢和可用的電能[17]。

快照任務

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發射和軌道運行

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斯納普10A型於1965年4月3日由擎天神-愛琴娜D型火箭從范登堡空軍基地發射升空，進入約1300公里高的近地軌道，處於稍微逆行的極軌上[18]—這確保了燃燒完的火箭可降落在海洋中。斯納普10A型的核電源是由熱電元件組成的，原計劃在一年發電500瓦以上[19][20]。43天後，衛星內一個與快中子反應堆無關的機載電壓調節器發生故障，導致反應堆芯在達到590瓦的最大輸出功率後關閉[15][21]。

1965年系統故障後，反應堆被留在1300公里(700英里)高的預定報廢地球軌道上，透過高大氣層隔離輻射，剩下的衰變預計要持續4000年[10][22][23]。

1979年11月發現，飛行器零件開始脫落，最終丟失了50塊可追蹤的碎片。原因不明，有可能是碰撞所導致。儘管主體仍在原軌道，但放射性物質可能已被釋放。2008年，根據海斯塔克天文台數據發表的最新研究表明，軌道上60多塊小於10厘米的碎片還在[21][24]。

離子推進

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快照試驗包括一台作為第二載荷的銫離子推進器，這是電動航天推進系統在軌運行的首次試驗(繼1964年SERT-1次軌道試驗之後)。離子推進器在4500伏和80毫安的電力工況下，產生了約8.5毫牛的推力[5]。離子發動機應在電池下運行約1小時，然後額定0.5 千瓦的斯納普系統以0.1千瓦功率對電池充電約15小時。在被指令永久關閉前，離子發動機運轉了不到1小時。對飛行數據的分析表明，發生了相當數量的高壓故障，這顯然造成了電磁干擾(EM)，導致飛行器姿態擾動。地面測試表明，發動機電弧產生的傳導和輻射電磁干擾明顯高於設計水平。

安全

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快中子反應堆項目所需的安全計劃，促進了航空航天核安全計劃的啟動。該計劃旨在評估與斯納普系統建造、發射、操作和處置相關的核危害，並制定相應規範以確保輻射安全。

原子能國際公司將承擔主要的安全職責，而桑迪亞國家實驗室負責航空航天安全的獨立審查，並實施多項安全測試。在准許發射前，必須獲得檢驗許可，以證明在任何情況下，反應堆的發射都不會造成嚴重威脅。

一系列的測試都成功完成，部分開發和試驗的視頻也可供瀏覽[25]。在斯納普10A型反應堆發射前，愛達荷國家實驗室在北部試驗區對反應堆進行了三次破壞性試驗[26]，1964年4月1日，SNAPTRAN-3破壞性實驗模擬了一枚火箭墜入海洋，透過故意將放射性碎片送入愛達荷沙漠進行演練。

涉及放射性物質的測試和開發造成了前原子國際公司」聖蘇珊娜野外實驗室「(SSFL)設施的環境污染。美國能源部負責識別和清理放射性污染(聖蘇珊娜野外實驗室也被洛克達因公司用於美國宇航局之外的一些火箭發動機的測試和開發)，支持場地清理的美國能源部網站[27]詳細介紹了在聖蘇珊娜野外實驗室的核能開發史，包括額外的快速測試和開發信息。

相關工作和後續計劃

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國際原子能公司也在聖蘇珊娜野外實驗室開發和測試了其他緊湊型核反應堆，包括斯納普實驗反應堆(SER)、斯納普2型、斯納普8型開發反應堆(SNAP8-DR)和斯納普8型實驗反應堆(SNAP-8ER) (參見《核輔助電力系統》)。原子國際公司還建造並運行了鈉反應堆實驗，這是美國第一座向公共電力系統供電的核電站。

截至2010年，蘇聯羅薩特衛星已將30多座小型裂變動力系統核反應堆送入太空。此外，全球(主要是美國和蘇聯)已將40多台放射性同位素熱能發電機用於太空任務[10]。

另請參閱

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參考文獻

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  1. ^ McDowell, Jonathan. Launch Log. Jonathon's Space Report. [2020-04-09]. （原始內容存檔於2019-10-24）. 
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外部連結

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1965-027A （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

 

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