DARPA treibt den autonomen Betrieb von Weltraum-Kernreaktoren voran

de.wedoany.com-Bericht: Am 29. Oktober gab die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) bekannt, dass im Rahmen des Fat-Cat-Programms eine Other Transaction Agreement (OTA) an das Startup-Unternehmen für Weltraumkernenergie Space Nuclear Power Corporation (SpaceNukes) vergeben wurde. Das Projekt wird von der Programmmanagerin des DARPA-Büros für Verteidigungswissenschaften, Tabitha Dodson, geleitet und zielt auf die Entwicklung einer autonomen Betriebstechnologie für Kernspaltungsreaktoren im tiefen Weltraum, die sich selbst regulieren und ohne kontinuierliche menschliche Überwachung auskommen kann.

Das Projekt wird von demselben Ingenieurteam geleitet, das bereits die Bodentests des Kilowatt-Reaktors mit Stirling-Technologie (KRUSTY) im Jahr 2018 erfolgreich durchgeführt hat. Zum Team gehören CEO Andy Phelps, CTO David Poston, COO Patrick McClure und Chefingenieur Marc Gibson. Die Komponentenintegration erfolgt in der Anlage von SpaceNukes in Medina, Ohio; abschließend sollen umfassende reale nukleare Bodentests der neu konzipierten Hardware und der autonomen Softwarelogik durchgeführt werden.

In technischer Hinsicht nutzt SpaceNukes das von den Los Alamos National Laboratory (LANL) lizenzierte Kilopower-Technologiekonzept. Der Reaktorkern besteht aus einem molybdänlegierten massiven Urankern-235-Gusskörper, außen sind mehrere versiegelte Natrium-Wärmerohre angeordnet. Bei der Kondensation und Wärmeübertragung leitet der Kern über passive Wärmerohre die hohe Temperatur an hocheffiziente Sunpower-Stirlingmotoren weiter, die über hin- und hergehende Kolben Strom erzeugen; die neue Vereinbarung führt nun zusätzlich zu der bisher rein passiven Regelung aktive Steuerstäbe und ein dynamisches Leistungsmanagement ein, um extremen Betriebstransienten zu begegnen.

Der zentrale Grund für die Einführung autonomer Controller liegt in der Lösung des Problems der lichtgeschwindigkeitsbedingten Kommunikationsverzögerung, mit dem Tiefraummissionen und Orbitplattformen konfrontiert sind. Da die einseitige Funkübertragung zwischen Erde und Mars oder äußeren Planeten mehrere Minuten bis Stunden dauern kann, können Bodenkontrollstationen bei schweren Störungen wie Spannungseinbrüchen oder thermischen Spitzen nicht rechtzeitig eingreifen. Der bordseitige autonome Kernreaktor-Controller überwacht mithilfe integrierter Software in Millisekundenintervallen Innentemperatur, Neutronenfluss und mechanische Spannung, kann physikalische Transienten direkt lokal berechnen und aktive Steuerstäbe anweisen, Anpassungen vorzunehmen oder die Motorlast neu zu verteilen.

Beim KRUSTY-Bodentest 2018 erreichte der Prototyp auf dem Nevada National Security Site (NNSS) bereits 28 Stunden kontinuierlichen Volllastbetrieb bei einer Kernbetriebstemperatur von 800 bis 880 Grad Celsius und zeigte bei simuliertem Kühlmittelverlust sowie einer extremen thermischen Laständerung von 175 % eine außerordentlich hohe physikalische Selbststabilität. Das Fat-Cat-Programm soll nun diese hohe inhärente Sicherheit noch tiefer mit intelligenter Softwarelogik koppeln und den Übergang von der passiven physikalischen Reaktion zur hochsensiblen autonomen Entscheidungsfindung ermöglichen.

Da künftige Tiefraummissionen sich zunehmend in das äußere Sonnensystem ausdehnen und der Bedarf an kontinuierlicher, zuverlässiger Stromversorgung für Weltrauminfrastruktur wächst, wird der Durchbruch bei der autonomen Betriebstechnologie von Weltraum-Kernreaktoren die Abhängigkeit von Fernsteuerung durch den Menschen vollständig beseitigen. Die Zusammenarbeit zwischen SpaceNukes und DARPA markiert nicht nur einen empirischen Schritt zur Kommerzialisierung und Ingenieurtechnik der US-amerikanischen Weltraumkernenergie, sondern liefert auch eine hochüberlebensfähige, kohlenstofffreie Energiebasis für die nächste Generation von Tiefraumsonde und nationale Sicherheitsweltraumgüter.