在解放軍的公示網站“全軍武器裝備采購信息網”上，最新刊發了一則消息：中國航天科技集團，正在推進一個名為“斯特林一體化微型反應堆方案優化設計”的項目。

很多人推測這個項目是準備安裝在空間站、深空探測器、或者深潛器上的，但筆者覺得這些猜測都不靠譜。它最實際的用途，其實是作為相關機構的地面固定設施，用于研究如何改善材料/部件/設備的可靠性。

圖：月球上的輻射強度遠高于地面

要特別注意，軍網的公示中，明確注明了最終用戶是“北京衛星環境工程研究所”。這個研究所的業務范圍看名字就能知道，尤其關注各種材料、部件、設備，在太空等惡劣環境中遭受高能量輻射以后，會產生什么后果、并如何進行預防。

毫不夸張的說，中國的航天器在太空中的可靠性好壞、壽命長短，直接取決于這個研究所的工作是否扎實。

圖：反應堆的核裂變反應中，中子撞擊原子核，釋放大量的能量和更多的中子

圖：中子穿透力比其它類型的輻射都更強

圖：X光成像（左）與中子成像（右），這也是X光探傷為什么不能取代中子探傷的原因

在宇宙空間中，由于缺乏大氣層的阻礙消耗，包括中子在內的高能粒子輻射，強度遠遠高于地面。這種輻射的長期積累，會使各種材料的特性出現明顯的變化——比如發脆等等。非常高比例的衛星、深空探測器等等，都是因為這些原因而產生設備故障、結構破損失效的。

而微型反應堆的作用，一方面，既為分析檢驗的相關能力提供中子源，為各種材料/部件/設備進行包括中子活化、中子探傷在內的各種試驗提供基礎；另一方面，它又能作為研究所的獨立能源，可以在脫離外部電網的情況下、有限的功率范圍內，獨立保障研究所的關鍵供電需求保障。

圖：加拿大與中國的微型反應堆，資料出處為東華理工大學的核能科學工程論文《微型反應堆低濃鈾堆芯的優化設計》

國內對于微型反應堆的研究始于80年代初期，到現在已經建造并投入使用的微堆，公開信息中一共有9座。國內微堆的技術，是引進加拿大的SLOWPOKE（可意譯為“慢懶漢”，233）反應堆，該堆全稱Safe Low Power Critical Experiment，意為“安全低功率關鍵試驗”。

圖：加拿大slowpoke的蒙特利爾反應堆實物（上），與結構示意圖（下）

加拿大原子能有限公司研制SLOWPOKE反應堆的最初目的，主要也是為了提供一種比粒子加速器、其它放射源更強有力而又相對廉價安全的中子源；它的最主要業務，同樣是中子活化分析、中子放射成像等用途。

目前尚不清楚國內這個新的微型反應堆的具體規格，包括功率、尺寸等。但按照SLOWPOKE的規格，至少可以提供20KW的電力輸出功率。

圖：slowpoke反應堆的堆芯模型

按照國內的公開論文《微型反應堆加工》，國內的微堆中，至少有一座堆的本體是一個高5米、直徑0.61米的筒體，并安置在37立方米容積的水池中，其它的反應堆應尺寸，大致上應該相去不遠。

說完反應堆本身，再說一下斯特林機的問題。對于那些有興趣深入探究的讀者，在此特別推薦哈爾濱工程大學的《船舶與海洋工程——斯特林發動機技術》。

斯特林機不是新東西，它由英國人羅伯特·斯特林發明于1816年并用于煤礦抽水，但是因為效率不高而未成主流。

圖：斯特林機的原理動圖，通過外部加熱，迫使“熱腔/膨脹腔”內的氣體膨脹，推動活塞向“冷腔/壓縮腔”運動。活塞的往復循環最終轉化為旋轉，帶動電機發電。

現代斯特林機從一開始也不是給潛艇作為軍事用途的，而是荷蘭飛利浦公司開發給邊遠地區、缺乏電網支持的發電裝置。事實上直到今天，歐美很多家庭住宅、或者商業樓宇的熱電聯供都是由斯特林機為核心的系統提供的。

針對航天領域，斯特林機理論上可以也可以應用在大型衛星、空間站上，利用溫差（比如正對陽光/背對陽光的區域）進行發電，又或者是利用它的壓縮/膨脹循環，反過來作為制冷之用，滿足紅外成像等特殊部件的低溫冷卻需求。

圖：日本在1995年發射的紅外天文衛星IRTS，4種焦平面儀器全部要求冷卻到2K（-271.15攝氏度）溫度以下；FIRP探頭更是要求0.25K（-272.9攝氏度）以下溫度才能正常工作，這都是必須采用超流氦冷卻系統才能達到的工作環境。這是斯特林機制冷目前無法達到的水平。

但是上述兩種特殊的斯特林機技術，目前均停留理論或者極為有限的試驗階段，遠未到真正能實用的地步。

就目前國內的這個微堆項目來看，斯特林機的用途還是把反應堆釋放的熱量拿來發電。其“一體化”的要求，主要是為了簡化安裝和維護工作等方面的目的。

當然理論上這個技術也可以作為它用——事實上“小堆AIP潛艇”這個概念，最早就是加拿大原子能公司為了更多的推銷slowpoke而推出的方案。國內后來一直在體制內有呼聲要發展小堆AIP潛艇，也是從加拿大獲得微型反應堆技術之后的必然結果。

結語：

在國內公示的這個新型微堆項目中，真正的關鍵并不在于斯特林機，而在于微型反應堆本身所提供的中子源照射能力。

它能在相關單位的日常研究中，提供遠比以往更強烈的中子輻射。如果這個項目能順利完成，國內相關單位，就能更好的在地面上模擬/測試/分析各種材料和部件，在太空環境是如何失效的。

這種基礎能力的提升，是中國航天力量要在星辰大海中走的更遠的關鍵保障。