在预示着月球长期居住领域范式转变的举措中，NASA 与美国能源部 (DOE) 正式确立了合作伙伴关系，共同开发用于月球的核裂变反应堆。这一合作通过 2026 年 1 月中旬宣布的一项谅解备忘录 (MOU) 最终敲定，旨在克服 Artemis 计划面临的最重大障碍：持续、高输出的电力供应。随着该机构从短期任务向永久性月球基础设施转型，表面核裂变动力 (FSP) 系统的开发已成为在恶劣月球环境中生存并最终推动人类探索者前往火星的技术基石。
月球表面的能源挑战
月球环境带来了一系列独特的挑战，而作为几十年来太空探索支柱的传统太阳能无法完全解决这些挑战。一个完整的月球昼夜大约持续 708 小时，其中包括长达 354 小时（14 天）的严酷黑暗期。在月夜期间，温度会骤降至近 -173 摄氏度（-280 华氏度）。如果没有持续的热能来源，敏感的电子设备和生命支持系统将会失效，从而实际上终结任何需要人类持续驻留的任务。太阳能电池板虽然在白天效率很高，但需要巨大且沉重的电池存储系统来跨越两周的黑暗间隔，这使得它们在满足高功率工业应用时，在物流上变得不可行。
核裂变提供了一种可靠、高密度的能源解决方案，其运行独立于阳光。根据 Jeff Foust 为 SpaceNews 撰写的报道，FSP 计划旨在生产一个能够产生至少 100 千瓦功率的系统——足以同时维持多个栖息地和资源提取设施的运行。与必须做得巨大才能捕获足够能量的太阳能电池阵列不同，核反应堆体积紧凑，可以放置在永久阴影区，例如据信蕴藏着水冰的月球南极。这种一致性对于维持热管理、防止设备在漫长的月夜期间发生灾难性的“冷浸”至关重要。
NASA-DOE 战略伙伴关系
这一机构间协议中的分工利用了美国两个技术最先进组织的特定优势。根据由 NASA 局长 Jared Isaacman 和能源部长 Chris Wright 签署的谅解备忘录，NASA 将担任主要出资方和项目管理者。该机构负责定义任务要求，并提供必要的数据以确保反应堆符合航天安全标准。相反，DOE 将为反应堆设计和法规遵从提供技术监督。至关重要的是，DOE 的任务是提供约 400 公斤的高丰度低浓缩铀 (HALEU)，用于为地面测试单元和最终的飞行反应堆提供燃料。
这种合作并非没有先例；NASA 和 DOE 在用于 Voyager 和 Perseverance 等深空探测器的放射性同位素热电发生器 (RTG) 上已经合作了数十年。然而，正如 Wright 部长在声明中指出的，该项目代表了“核能和太空探索历史上最伟大的技术成就之一”。该协议简化了将陆地核能专业知识转化为航天级硬件的过程，确保 FSP 计划能按计划在 2029 年底前实现目标发射日期。这种战略对齐是 Artemis 计划建立“发现黄金时代”更广泛目标的前提条件。
表面核裂变动力技术解析
FSP 系统利用小型核反应堆产生热量，然后通过电力转换系统（如斯特林发动机或布雷顿循环涡轮机）将其转化为电能。在月球表面的真空环境中，热量管理是一项关键的设计挑战。虽然反应堆产生热量以产生动力，但它也必须通过专门的散热器散发多余的废热。目前的设计目标是开发一种 100 千瓦级的系统，该系统足够坚固，可以用火箭发射并在月球表面着陆，同时不会损害其屏蔽层或燃料包壳的完整性。
使用 HALEU 燃料的决定是该计划方法论上的一个重大转变。正如 2025 年 12 月发布的合作伙伴提案公告 (AFPP) 第二稿中所强调的那样，NASA 现在明确要求使用 HALEU，以与“陆地微型反应堆的持续发展”保持一致。HALEU 含有 5% 至 20% 的铀-235，比商业发电厂使用的低浓缩铀具有更高的能量密度，同时仍低于触发核武器扩散担忧的浓缩水平。这一选择平衡了对高性能的需求与全球安全标准和国内工业趋势。
物流与人类登陆系统
NASA 战略中最显著的转变之一涉及交付物流。在该计划提案征集的早期草案中，商业伙伴被要求自行解决前往月球的交通问题。然而，修订后的 AFPP 表明，NASA 现在将通过其人类登陆系统 (HLS) 计划提供发射和着陆服务。这意味着反应堆很可能由 SpaceX 或 Blue Origin（Artemis 登陆任务的主要承包商）管理的重型运载火箭运送到月球表面。
这一变化减轻了核能开发商的负担，使他们能够专注于反应堆工程，而不是轨道力学和月球下降。预计业界的提案将展示将其反应堆设计直接与 HLS 承包商团队整合的策略。这种综合方法确保了反应堆这一沉重且敏感的载荷，将由交付下一代宇航员前往月球南极的同一基础设施处理，从而降低任务风险并简化 Artemis 的时间表。
对 Artemis 计划及后续的影响
在月球上实施核电不仅仅是为了方便；它是原位资源利用 (ISRU) 的赋能者。为了可持续地留在月球上，宇航员最终必须通过从月壤中提取氧气和从地下冰中提取水分来“靠山吃山”。这些化学提取过程是能源密集型的，需要太阳能电池板无法在大规模上可靠提供的持续、高输出电源。一个 100 千瓦的反应堆将促进月球材料的工业规模处理，为生产火箭推进剂和可呼吸空气铺平道路。
此外，FSP 计划还是未来载人火星任务的关键试验场。前往红色星球的旅程涉及更长的时间和更极端的环境限制，包括可能遮蔽太阳数月的尘暴。为月球表面开发的技术——紧凑、可靠且耐用的裂变反应堆——将直接扩展到火星任务。通过在月球上掌握核动力，NASA 实际上正在为人类向更深远的太阳系扩张奠定能源基础。
解决安全、可持续性与公众关注
在太空探索中引入核材料需要严格的安全协议并遵守国际条约。NASA 和 DOE 强调，反应堆在到达月球表面的最终目的地之前不会启动，确保在发射或过境阶段不会发生核裂变。这种“冷发射”策略显著降低了在发射失败情况下发生放射性污染的风险。此外，与更高浓缩的替代方案相比，使用 HALEU 燃料降低了长期环境危害的风险。
可持续性和退役也是该计划长期规划的核心。各机构正在制定在反应堆运行寿命结束时进行安全处置的程序，可能包括将其“埋葬”在稳定的月球陨石坑或指定的隔离区。月球宇航员的辐射屏蔽是另一个主要重点，设计方案利用月壤本身或先进的合成材料，在反应堆和人类栖息地之间建立缓冲区。这些措施旨在确保月球殖民地在未来几十年内仍是科学家和探险家的安全环境。
表面核裂变动力的下一步动向
截至 2026 年 1 月下旬，业界目前正在等待合作伙伴提案公告 (AFPP) 的最终版本。虽然最终征集的发布略有延迟，但 NASA 已向潜在的商业伙伴保证，一旦文件公布，他们将有 60 天的时间窗口来提交提案。早期草案的反馈已经形成了一个更具协作性且在物流上更合理的框架，强调了 HALEU 燃料和 HLS 整合的重要性。
接下来的几个月将是至关重要的，从传统的航空航天巨头到专门的核能初创公司，私营部门将展示他们对首个月球反应堆的构想。由于目标发射日期定在 2029 年底，从理论模型转向飞行就绪硬件的压力倍增。NASA 与 DOE 之间的这种伙伴关系不仅仅是一项技术协议；它是对未来必要基础设施的承诺，确保当人类迈出下一个巨大的飞跃时，灯火依然通明。
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