一、 清晰的需求定位

可靠、長壽命的動力系統(tǒng)是任何空間探索任務(wù)的基本要求之一。幾十年來，美國國家航空航天局(NASA)一直依靠以钚-238為基礎(chǔ)的放射性同位素動力系統(tǒng)來執(zhí)行像“先驅(qū)”、“旅行者”、“伽利略”和“卡西尼”這樣的深空任務(wù)，在這些任務(wù)中，太陽能并不是一個可行的選擇。同位素電池為任務(wù)提供可靠和輕便的電源，功率在100W(電功率)到1-kW(電功)范圍內(nèi)。

小型裂變堆系統(tǒng)(1-10 kWe)正在被用于解決NASA動力組合中的一個主要缺口。Kilopower即是在此背景下誕生，它在NASA功率組合中的作用如圖1所示。一種小型的1- 10千瓦級裂變堆可以實現(xiàn)未來可能無法實現(xiàn)的旗艦科學(xué)任務(wù)和勘探先導(dǎo)任務(wù)。相比大型裂變堆系統(tǒng)，其實現(xiàn)的可能性也更大。

二、 極簡的設(shè)計理念

自從1960年代的核輔助動力系統(tǒng)(SNAP)計劃以來，美國的太空裂變動力開發(fā)一直是失敗的，它花費了數(shù)十億美元，卻沒有任何實際成果。原因在于目標過于宏大，設(shè)計過于復(fù)雜，研發(fā)成本過高。

也就是說，成功之路還不夠簡單。對于任何首創(chuàng)的工程項目而言，簡單性都是至關(guān)重要的，這不一定意味著找到最簡單的設(shè)計，而是找到通過設(shè)計，開發(fā)，制造，安全和測試的最簡單路徑。這看起來似乎很明顯，但是工程師常常為了提高性能而付出太多努力，而犧牲了項目的成功。除了“保持簡單，愚蠢(KISS)”原則之外，KRUSTY團隊的日常口頭禪是“最好是足夠好的敵人”，而“足夠好”是一個成功的示范，它將滿足NASA并進一步增加其興趣發(fā)展空間裂變堆。

KRUSTY的前身是從DUFF實驗開始，這是一個簡單的步驟，以證明無論采取多小的積極步驟都可以使空間裂變堆向前發(fā)展。DUFF使用現(xiàn)有的反應(yīng)堆，簡單的熱管，在最初設(shè)想后的不到6個月內(nèi)以不到100萬美元的價格完成。在此基礎(chǔ)上，完成了5千瓦熱功率的Kilopower太空反應(yīng)堆的原型堆KRUSTY。它極簡的設(shè)計原則消除了很多技術(shù)風險：1)使用可以快速、經(jīng)濟地購買的燃料形式。唯一可行的途徑是使用UMo燃料形式。2)使用具有經(jīng)驗豐富的運營經(jīng)驗、安全和合規(guī)團隊的現(xiàn)有運營設(shè)施。唯一可行的選擇是使用內(nèi)華達國家安全站(NNSS)。3)使用現(xiàn)有的關(guān)鍵裝配機進行主動反應(yīng)性插入和移除。發(fā)現(xiàn)NCERC機器COMET具有足夠的質(zhì)量和線性平移能力，從而消除了新的反應(yīng)性控制系統(tǒng)的成本和進度風險。4)提供足夠的安全和資產(chǎn)風險(機器，房間，設(shè)施)。選擇約5 kW(熱)的功率水平，使其與以前的Flattop和DUFF操作保持一致。5)使用易于允許在現(xiàn)有/批準的容器中運輸?shù)暮诵某叽纭?/p>

三、 跨部門的通力合作

美國NASA、DOE、國家實驗室、私營企業(yè)等不同部門、甚至是不同體制的單位都參與到了Kilopower的原型堆KRUSTY設(shè)計與建造過程。美國宇航局的格倫研究中心(GRC)領(lǐng)導(dǎo)了這項測試的設(shè)計工作。GRC還建造并演示了KRUSTY的工廠傳熱、能量轉(zhuǎn)換和散熱部分的平衡系統(tǒng)。

NASA的馬歇爾太空飛行中心(MSFC)為GRC的非核試驗開發(fā)了電子反應(yīng)堆模擬熱源和核試驗的屏蔽。美國能源部(DOE)洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)領(lǐng)導(dǎo)了反應(yīng)堆的設(shè)計并進行了有核試驗，美國能源部的Y-12國家安全機構(gòu)制造了高濃縮鈾(HEU)反應(yīng)堆的堆芯，先進的熱管技術(shù)通過NASA企業(yè)創(chuàng)新研究合同獲得，斯特林發(fā)電機由Sunpower公司提供。內(nèi)華達州核安全基地為核裝置試驗提供了支持。Kilopower的原型堆建造測試如此之快，得益于各部門間的通力合作。