1978年1月24日，前蘇聯(lián)軍用衛(wèi)星“宇宙954”號(hào)因控制機(jī)構(gòu)失靈而墜入大氣層，變成許多小碎片，散落在加拿大的西北部地區(qū)。加拿大政府就此向前蘇聯(lián)提出抗議，并要求賠償損失。國(guó)外一些報(bào)刊也就此紛紛發(fā)表評(píng)論。
怎么衛(wèi)星墜毀于他國(guó)，竟引起抗議和糾紛呢?原來(lái)在前蘇聯(lián)這顆軍用衛(wèi)星上裝有核反應(yīng)堆，衛(wèi)星失事后變成碎片散落在地面上，就會(huì)產(chǎn)生污染。人們由此知道，核反應(yīng)堆已被搬上太空，成為當(dāng)時(shí)超級(jí)大國(guó)爭(zhēng)奪空間的重要工具。
其實(shí)，美國(guó)在這方面也毫不示弱。早在1965年，它就發(fā)射了一顆裝有核反應(yīng)堆的衛(wèi)星。將核反應(yīng)堆裝在衛(wèi)星上，主要是用它提供重量輕、性能可靠、使用壽命長(zhǎng)和成本較低的電能。
在衛(wèi)星上裝有各種電子設(shè)備，包括電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制裝置、通信聯(lián)絡(luò)機(jī)構(gòu)、電視攝像和發(fā)送系統(tǒng)等，都需要使用大量可靠的電能。對(duì)于用來(lái)探測(cè)火星、木星等星體的行星際飛行器，配備的電子設(shè)備就更多更復(fù)雜，而且來(lái)回航程就要數(shù)年至十幾年。在此期間，還要與地球保持不斷的聯(lián)系，因此，這種太空飛行器上所用的電源，就要求容量更大，性能更加可靠。
為了滿足太空衛(wèi)星和飛行器的用電要求，人們進(jìn)行了各種試驗(yàn)研究。
60年代初期，首先在衛(wèi)星和太空飛行器上使用了燃料電池。這種電池和普通化學(xué)電池(即干電池)不同，它實(shí)際上是一種發(fā)電設(shè)備。只要向電池中不斷地注入反應(yīng)物質(zhì)(流體)。排出反應(yīng)的產(chǎn)物，燃料電池就能長(zhǎng)期連續(xù)地進(jìn)行工作。
通常廣泛采用的是氫-氧燃料電池。由于這種燃料電池是一種把燃料具有的化學(xué)能，也就是氫-氧燃料的燃燒熱能連續(xù)而直接地轉(zhuǎn)變成電能，沒有作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的零部件，所以它的工作穩(wěn)定可靠。不僅如此，它除了能得到需要的電能外，還可以得到與燃料的消耗量相同的水。這種水經(jīng)過(guò)凈化以后就可供人飲用。這對(duì)太空飛行器來(lái)說(shuō)，是一種寶貴的副產(chǎn)品。美國(guó)的“阿波羅”飛船登上月球，就采用了氫-氧燃料電池。但是，燃料電池的成本高，使用壽命最長(zhǎng)為幾十天，不能滿足長(zhǎng)期使用的要求。
堪稱空間電源大力士的核反應(yīng)堆，其電容量從500瓦至幾千瓦，甚至可高達(dá)百萬(wàn)瓦。在這種情況下，對(duì)于要求電源容量越來(lái)越大的一些太空飛行器來(lái)說(shuō)，就理所當(dāng)然地選用核反應(yīng)堆作電源了。
太空核反應(yīng)堆在工作原理上與陸地上的核反應(yīng)堆基本一樣，只是前者由于在太空飛行中使用，要求反應(yīng)堆體積小，輕便實(shí)用。為此，太空核反應(yīng)堆所用的燃料是純鈾-235。這種核反應(yīng)堆連同控制裝置，大約像2千克重的小西瓜那么大。反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量，一般用以下兩種辦法轉(zhuǎn)換成電能：一種辦法是，將裝有液態(tài)金屬(如水銀或鉀鈉合金)的管子從反應(yīng)堆中通過(guò)，液態(tài)金屬就吸收熱量變成蒸氣，來(lái)推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。它的優(yōu)點(diǎn)是，能量轉(zhuǎn)換效率高，可達(dá)30%。缺點(diǎn)是，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，達(dá)到每分鐘1萬(wàn)轉(zhuǎn)，這在空間飛行無(wú)人維修的情況下，很難做到長(zhǎng)期安全運(yùn)行。因此，這種辦法未能得到實(shí)際使用。另一種方法是，以熱電偶或熱離子方式發(fā)電。它不需要轉(zhuǎn)速很高的汽輪機(jī)，所以使用簡(jiǎn)便，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地發(fā)電。但熱電偶的轉(zhuǎn)換效率只有2%，絕大多數(shù)熱量都浪費(fèi)掉了。而熱離子轉(zhuǎn)換效率比熱電偶高得多，是很有發(fā)展前途的一種換能方法。
熱離子換能是利用熱離子二極管來(lái)完成。它是將熱離子二極管的發(fā)射極(陰極)緊靠著反應(yīng)堆中的燃料元件。當(dāng)核裂變產(chǎn)生的熱量將發(fā)射極加熱到1500～2000℃的高溫時(shí)，發(fā)射極中的自由電子就得到足夠的能量而飛出。這時(shí)二極管的收集極(陽(yáng)極)就將電子收集起來(lái)，結(jié)果在陽(yáng)極和陰極之間形成通路，產(chǎn)生了電流。
太空核反應(yīng)堆不僅用作空間飛行器和衛(wèi)星的主要能源，而且還是未來(lái)用于考察和開采月球礦藏的理想電源。在人類征服宇宙空間的偉大事業(yè)中，空間核反應(yīng)堆無(wú)疑將是最得力的助手之一。
