AM易道快讯

法国核能巨头法马通两周前宣布重磅消息：

他们与意大利新能源、能源与可持续发展署ENEA签署了合作备忘录，要联合研发月球核反应堆。

我们认为，这将是一场关于人类如何在月球长期生存的真实技术竞赛。

这份备忘录聚焦三个核心技术方向：

研究适应月球环境的高效安全反应堆燃料、开发可承受太空极端条件的新型材料，以及利用增材制造技术即3D打印生产反应堆关键组件。

为什么月球需要核反应堆

月夜持续约地球14天，而地表温度可降至零下130摄氏度。

在这样的极端环境下，太阳能板发电量有限。

与地球不同的是，月球南极的某些永久阴影区域温度甚至能低至零下240摄氏度左右。

传统能源系统在这种条件下根本无法维持长期稳定供电。

根据WNN消息，法马通明确指出：

核能可以提供安全、可靠且持久的电力支持。

参考NASA（与本次合作无关）类似的项目设定目标，其计划打造一个能产生40千瓦电力、运行至少10年的核裂变系统。

这意味着无论是漫长的月夜还是永久阴影区域，核反应堆都能持续工作并为月球基地的生命维持系统、科学实验设备和资源开采设施提供不间断的能源。

3D打印在月球核反应堆中的关键作用

这次合作中，增材制造技术被列为三大核心研究方向之一，专门用于生产反应堆组件。

其实在这之前，法马通在核能领域应用3D打印已经积累了相当丰富的经验。

早在2020年，法马通就与橡树岭国家实验室（ORNL）合作创造了首个3D打印的核反应堆安全组件:

不锈钢燃料组件通道紧固件并装载到美国商业核电站中。

而2022年，美国之外，法马通在瑞典福斯马克核电站又安装了首个3D打印的不锈钢燃料组件。

这些地球上的实践经验正在为月球应用铺路。

AM易道认为，增材制造之所以在月球核反应堆项目中如此重要，主要有几个原因。

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首先是质量限制。

根据NASA的公开类似项目，NASA最初的规格要求整个裂变系统必须能装入单个运载火箭载荷舱，而重量不超过6吨 。

3D打印能够实现拓扑优化设计，在保证强度的前提下大幅减轻组件重量。

这对于每公斤发射成本高昂的太空任务来说意义重大。

由于是上天，航空航天的逻辑在月球核能的应用是完全通用且平移的。

其次是几何复杂度。

增材制造技术允许快速原型制作和几何自由度，使得能够实现加速的敏捷设计过程。

月球反应堆需要优化热传导路径、适应低重力环境的冷却系统，以及能够承受剧烈温度波动的结构设计。

传统制造中设计复杂度与成本直接挂钩，而增材制造则打破了这一限制。

第三是极端材料的加工。

钨及钨合金被视为等离子体面向组件的主要候选材料，其能够在温度、中子通量、等离子体效应和辐照轰击等严酷环境中运行。

延伸阅读：一文知晓3D打印钨，核聚变反应堆的心脏

但钨的高熔点让传统铸造几乎不可行。

钨在增材制造中是出了名的难加工材料，主要失效机制是晶界断裂。

而用3D打印技术加工这类难熔合金虽然也有许多挑战，但已有许多成功商业案例应用。

月球环境对材料和制造的挑战

前面提到，月球表面温度可降至零下130摄氏度，且夜晚持续14个地球日。

但温度只是挑战的一部分。

反应堆必须在月球重力环境下运行，传热流体的行为会有所不同。

设计必须确保在月球极端温度循环中实现一致的热管理—昼夜温差可达200摄氏度。

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这意味着反应堆组件需要在剧烈的热循环中保持尺寸稳定性，不能产生裂纹或变形。

根据公开信息，这次合作的重点包括开发能够承受辐射和太空热变化的材料的机械性能。

增材制造在核电站应用中面临的独特认证挑战包括各向异性材料性能、孔隙率、过程控制反馈系统不成熟以及可重复性问题。

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类似项目，大概率是通过燃料研究、先进制造工艺和材料性能测试的结合꞉

开发出既能通过3D打印制造、又能在月球环境中长期可靠运行的反应堆组件。

欧洲的太空能源战略

法马通太空业务副总裁格雷瓜尔·朗贝尔强调：项目的成功取决于欧洲专业能力的融合。

ENEA核能部主任亚历山德罗·多达罗表示：与法马通汇聚和整合专业知识，是增加表面核反应堆活动国际影响力的关键一步，这是在如此复杂的技术事业中取得成功的先决条件。

该项目旨在提升用于月球表面的核反应堆技术成熟度，增强欧洲在太空能源领域的知识储备和技术能力。

法马通强调，此项合作是推动太空探索与月球资源可持续利用的关键步骤，对人类重返月球及未来火星任务具有重要意义。

从月球到火星，核能将成为人类深空探索的能源基石，而3D打印技术则是实现这一愿景的关键制造手段。

写在最后

尚不确定相关组件是否通过NASA送上太空，但根据NASA的相似项目目标是在2030年代的早期将反应堆送到发射台。

如果未来与NASA合作，这个时间表意味着法马通和ENEA的合作必须在未来几年内取得实质性突破。

对于3D打印行业来说，这是一个前所未有的机遇。

将地球上的3D打印技术推向月球，为人类在地外天体的长期生存提供能源保障。

从燃料到材料，从设计到制造，人类正在书写太空核能的新篇章。

而在这个宏大叙事中，3D打印不是配角，而是让一切成为可能的关键技术。