美國國防高級研究計劃局(DARPA)已與位於新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的Space Nuclear Power Corporation(簡稱SpaceNukes)達成協議,由後者建造一座配備主動、自主控制棒的Kilopower核反應堆,並進行全核地面測試。該消息由SpaceNukes於10月21日公佈,測試屬於DARPA的“Fast Capacitance”(簡稱Fat Cat)項目,由該局國防科學辦公室的項目經理Tabitha Dodson負責。

DARPA成立於1958年蘇聯發射斯普特尼克衛星之後,其定位是資助軍方和工業界認為風險過高而不願投入的前沿構想,歷史上曾支持過後來演變為互聯網的ARPANET網絡以及早期隱身飛機研究。此次Fat Cat項目尋求的是讓反應堆在國家安全任務中自主運行的技術路徑。

項目核心的反應堆設計並非從零開始。2017年11月至2018年3月,洛斯阿拉莫斯國家實驗室與NASA的工程師曾在內華達國家安全場地進行過名為KRUSTY(Kilopower Reactor Using Stirling Technology)的測試。該反應堆採用約紙巾卷大小的實心鑄造鈾-235核心,通過鈉熱管將熱量傳導至斯特林發動機發電。在約28小時的全功率運行中,工程師故意切斷電源、關閉發動機並禁用部分熱管,反應堆仍維持運行。

KRUSTY採用的是被動設計,依靠反應堆自身的物理特性保持穩定,沒有運動部件調節反應。新版本將增加主動控制棒,通過移動控制棒來提升或降低反應堆輸出,使其能夠按需改變功率並快速響應需求變化。SpaceNukes表示,這將使該技術適用於更廣泛的任務場景。

自主管理能力在操作人員無法快速抵達的環境中尤為重要,例如航天器、月球基地或偏遠軍事前哨,這些地方的電力需求可能突然變化,而人員響應可能需要數分鐘甚至數小時。SpaceNukes首席執行官Andy Phelps表示:“當美國國家安全目標面臨風險時,沒有東西能替代已經驗證的技術。這份協議讓我們能夠推進KRUSTY項目開始的工作,為國家帶來又一項經過測試的能力。”

SpaceNukes實質上是由KRUSTY團隊重新組建的公司。首席技術官David Poston和首席運營官Patrick McClure曾在洛斯阿拉莫斯領導反應堆工作,首席工程師Marc Gibson曾在NASA格倫研究中心管理該項目,公司持有洛斯阿拉莫斯關於Kilopower設計的許可證。Gibson將在該公司位於俄亥俄州麥地那的車間領導新測試硬件的集成工作,項目將經過設計、採購和集成階段,隨後與洛斯阿拉莫斯聯合進行反應堆臨界測試。McClure表示:“這份協議認可了2018年設計、建造和測試KRUSTY的團隊的成熟度和連續性。”

該項目推進之際,華盛頓正大力推動將反應堆送入太空並部署到軍事基地。今年4月的一份白宮政策備忘錄指示五角大樓和NASA競爭太空反應堆設計方案,目標是最早2028年進行軌道演示、最早2030年在月球部署反應堆;在地面,美國陸軍已承諾投入最高22億美元在五個軍事基地建造核微反應堆。

KRUSTY反應堆的設計目標是以1至10千瓦的功率連續供電至少十年。DARPA的測試將產出經過核動力實際運行的、與飛行相關的硬件,以及反應堆自主控制的工程基礎。