DARPA продвигает автономную работу космических ядерных реакторов

Недавно Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) объявило о заключении соглашения об иных сделках (OTA) со стартапом в области космической ядерной энергетики Space Nuclear Power Corporation (SpaceNukes) в рамках программы Fat Cat. Проект курирует руководитель проекта Управления оборонных наук DARPA Табита·Додсон (Tabitha Dodson); его цель — разработка технологий автономной работы глубококосмических реакторов деления, способных к саморегулированию без постоянного надзора со стороны человека.

Сообщается, что проект возглавляет та же инженерная команда, которая ранее успешно провела наземные испытания базового реактора киловаттного класса (KRUSTY) со стирлинговой технологией в 2018 году. В состав команды входят главный исполнительный директор Энди·Фелпс (Andy Phelps), главный технический директор Дэвид·Постон (David Poston), главный операционный директор Патрик·Макклур (Patrick McClure) и главный инженер Марк·Гибсон (Marc Gibson). Сборка компонентов будет выполнена на предприятии SpaceNukes в Медина, после чего будут проведены всесторонние реальные наземные ядерные испытания нового оборудования и логики автономного программного обеспечения.

С точки зрения технической архитектуры SpaceNukes использует технологическое решение Kilopower, лицензированное Лос-Аламосской национальной лабораторией (LANL): активная зона состоит из монолитных отливок урана-235, легированного молибденом, снаружи размещены несколько герметичных натриевых тепловых труб. На этапе конденсации и теплообмена активная зона передаёт высокую температуру через пассивные тепловые трубы высокоэффективным стирлинговым двигателям Sunpower для привода возвратно-поступательных поршней и выработки электроэнергии; новое соглашение дополнительно вводит к прежнему чисто пассивному регулированию активные управляющие стержни и механизмы динамического управления мощностью для парирования экстремальных переходных режимов работы.

Ключевая причина внедрения автономного контроллера — решение проблемы задержки связи на скорости света, с которой сталкиваются глубококосмические исследования и орбитальные платформы. Поскольку односторонняя передача радиосигнала между Землёй и Марсом или внешними планетами может занимать от нескольких минут до нескольких часов, наземная станция управления не успевает вмешаться при таких серьёзных отказах, как просадка напряжения или тепловой пик. Бортовой автономный ядерный контроллер с помощью встроенного программного обеспечения с интервалами в миллисекунды отслеживает внутреннюю температуру, нейтронный поток и механические напряжения, способен непосредственно на месте выполнять расчёты физических переходных процессов и отдавать команды на регулировку активных управляющих стержней или перераспределение нагрузки двигателей.

В ходе наземных испытаний KRUSTY в 2018 году прототип успешно отработал 28 часов непрерывно на полной мощности на Невадском национальном полигоне национальной безопасности (NNSS) при температуре активной зоны от 800 до 880 градусов Цельсия и продемонстрировал исключительно высокую физическую самоподдерживающуюся устойчивость при имитации потери охлаждения и изменении экстремальной тепловой нагрузки на 175%. Программа Fat Cat призвана дополнительно продвинуть глубокое сопряжение такой высокой внутренней безопасности с интеллектуальной программной логикой, обеспечив переход от пассивного физического отклика к высокочувствительному автономному принятию решений.

По мере дальнейшего расширения будущих глубококосмических исследовательских миссий во внешнюю Солнечную систему и роста потребности орбитальных объектов в непрерывном и надёжном электроснабжении прорыв в технологиях автономной работы космических ядерных реакторов полностью устранит зависимость человека от дистанционного управления. Сотрудничество SpaceNukes и DARPA не только знаменует собой выход США на практические шаги коммерциализации и инженеризации космической ядерной энергетики, но и обеспечивает основу высокоживучей безуглеродной энергетики для глубококосмических аппаратов следующего поколения и космических активов национальной безопасности.