美国国防高级研究计划局(DARPA)已与位于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的Space Nuclear Power Corporation(简称SpaceNukes)达成协议,由后者建造一座配备主动、自主控制棒的Kilopower核反应堆,并进行全核地面测试。该消息由SpaceNukes于10月21日公布,测试属于DARPA的“Fast Capacitance”(简称Fat Cat)项目,由该局国防科学办公室的项目经理Tabitha Dodson负责。
DARPA成立于1958年苏联发射斯普特尼克卫星之后,其定位是资助军方和工业界认为风险过高而不愿投入的前沿构想,历史上曾支持过后来演变为互联网的ARPANET网络以及早期隐身飞机研究。此次Fat Cat项目寻求的是让反应堆在国家安全任务中自主运行的技术路径。
项目核心的反应堆设计并非从零开始。2017年11月至2018年3月,洛斯阿拉莫斯国家实验室与NASA的工程师曾在内华达国家安全场地进行过名为KRUSTY(Kilopower Reactor Using Stirling Technology)的测试。该反应堆采用约纸巾卷大小的实心铸造铀-235核心,通过钠热管将热量传导至斯特林发动机发电。在约28小时的全功率运行中,工程师故意切断电源、关闭发动机并禁用部分热管,反应堆仍维持运行。
KRUSTY采用的是被动设计,依靠反应堆自身的物理特性保持稳定,没有运动部件调节反应。新版本将增加主动控制棒,通过移动控制棒来提升或降低反应堆输出,使其能够按需改变功率并快速响应需求变化。SpaceNukes表示,这将使该技术适用于更广泛的任务场景。
自主管理能力在操作人员无法快速抵达的环境中尤为重要,例如航天器、月球基地或偏远军事前哨,这些地方的电力需求可能突然变化,而人员响应可能需要数分钟甚至数小时。SpaceNukes首席执行官Andy Phelps表示:“当美国国家安全目标面临风险时,没有东西能替代已经验证的技术。这份协议让我们能够推进KRUSTY项目开始的工作,为国家带来又一项经过测试的能力。”
SpaceNukes实质上是由KRUSTY团队重新组建的公司。首席技术官David Poston和首席运营官Patrick McClure曾在洛斯阿拉莫斯领导反应堆工作,首席工程师Marc Gibson曾在NASA格伦研究中心管理该项目,公司持有洛斯阿拉莫斯关于Kilopower设计的许可证。Gibson将在该公司位于俄亥俄州麦地那的车间领导新测试硬件的集成工作,项目将经过设计、采购和集成阶段,随后与洛斯阿拉莫斯联合进行反应堆临界测试。McClure表示:“这份协议认可了2018年设计、建造和测试KRUSTY的团队的成熟度和连续性。”
该项目推进之际,华盛顿正大力推动将反应堆送入太空并部署到军事基地。今年4月的一份白宫政策备忘录指示五角大楼和NASA竞争太空反应堆设计方案,目标是最早2028年进行轨道演示、最早2030年在月球部署反应堆;在地面,美国陆军已承诺投入最高22亿美元在五个军事基地建造核微反应堆。
KRUSTY反应堆的设计目标是以1至10千瓦的功率连续供电至少十年。DARPA的测试将产出经过核动力实际运行的、与飞行相关的硬件,以及反应堆自主控制的工程基础。