美国国防高级研究计划局推进空间核反应堆自主运行

近日，美国国防高级研究计划局(DARPA)宣布在 Fat Cat 计划框架下向空间核动力初创企业 Space Nuclear Power Corporation(SpaceNukes)授予一项其他交易协议(OTA)。该项目由 DARPA 国防科学办公室的项目经理塔比瑟·多德森(Tabitha Dodson)负责管理，旨在研发能够实现自我调节且无需人类持续监督的深空核裂变反应堆自主运行技术。

据悉，该项目由此前成功执行 2018 年采用斯特林技术的千瓦级基础反应堆(KRUSTY)地面试验的原班工程团队领衔。团队包括首席执行官安迪·菲尔普斯(Andy Phelps)、首席技术官戴维·波斯顿(David Poston)、首席运营官帕特里克·麦克拉尔(Patrick McClure)以及首席工程师马克·吉布森(Marc Gibson)。项目将在 SpaceNukes 位于俄亥俄州麦迪那的设施完成组件集成，并最终对新设计的硬件与自主软件逻辑开展全面的实际核地面试验。

从技术架构来看，SpaceNukes 采用了洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)授权的 Kilopower 技术方案，堆芯由钼合金化的铀-235 实心铸件构成，外部布置有多根密封钠热管。在冷凝与换热环节，堆芯通过非能动热管将高温传递给 Sunpower 高效斯特林发动机以驱动往复活塞发电;本次新协议则在此前纯非能动调节的基础上进一步引入主动控制棒与动态功率管理机制，以应对极端运行瞬态。

引入自主控制器的核心动因在于解决深空探测与轨道平台面临的光速通信时延难题。由于地球与火星或外行星之间的无线电单程传输耗时可达数分钟至数小时，一旦发生电压骤降或热峰值等严重故障，地面控制站无法及时施救。机载自主核控制器利用集成软件以毫秒级间隔监测内部温度、中子通量与机械应力，可直接在本地完成物理瞬态计算并指挥主动控制棒调整或重分配发动机负载。

在 2018 年的 KRUSTY 地面试验中，原型机已在内华达国家安全试验场(NNSS)成功实现了 28 小时连续全功率运行，堆芯运行温度达 800 至 880 摄氏度，且在模拟冷却丧失及 175% 极端热负荷变化时展现出了极其优异的物理自我稳定性。本次 Fat Cat 计划将进一步推动这种高固有安全性与智能化软件逻辑的深度耦合，实现从非能动物理响应向高灵敏度自主决断的跨越。

随着未来深空探测任务不断向外太阳系拓展以及空间轨道设施对连续可靠电力的需求日益增长，空间核反应堆自主运行技术的突破将彻底消除人类对远程操控的依赖。SpaceNukes 与 DARPA 的合作不仅标志着美国空间核动力迈出实证性商业化与工程化步骤，也为下一代深空探测器与国家安全空间资产提供了高生存力的零碳能源基石。