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Kilopower 项目：KRUSTY 裂变发电实验和潜在任务
摘要 — 千瓦级项目由美国宇航局的空间技术任务理事会/游戏规则改变者发展计划于 2015 财年发起，旨在展示小型空间裂变动力在相关环境（技术就绪水平 5）下的子系统级技术就绪情况，以满足空间科学和载人探索的能源需求。千瓦级项目的核心是采用斯特林技术的千瓦级反应堆 (KRUSTY) 测试，该测试包括开发和测试 1 千瓦（电）级裂变动力系统 (FPS) 的地面技术演示器。KRUSTY 将开发和验证的技术可扩展至 1 至 10 千瓦（电）的空间 FPS，从而可以为载人探索提供模块化地面 FPS，以及未来潜在的更高功率的深空科学任务。KRUSTY 演示由美国宇航局和美国能源部国家核安全局共同资助。国家关键实验研究中心装置装配设施的KRUSTY演示于2018年第一季度完成。
KRUSTY 反应堆设计
(DUFF) 实验被设想为一个简单的步骤，以证明可以采取积极的步骤，无论多小，来推动空间裂变能源的发展。DUFF 使用现有的反应堆、简单的热管、基本的热交换器和现有的斯特林转换器来发电。DUFF 实验在首次设想后不到 6 个月就以不到 100 万美元的价格完成。采用斯特林技术的千瓦反应堆 (KRUSTY) 被设想为成功部署空间反应堆的下一步。KRUSTY 是 5 千瓦（热）千瓦空间反应堆的原型核动力测试。2 千瓦反应堆概念利用热管从固体燃料块传输裂变能，旨在用于简单的低功率 [1 至 10 千瓦（电）] 空间和地面电力系统。 KRUSTY 的设计目标是在 3 年、不到 2000 万美元的项目成本限制内尽可能地原型化。本文是本期《核技术》特刊中八篇记录 KRUSTY 的论文之一
核电推进工程设计研究
摘要。我们讨论了核电推进 (NEP) 能力，该能力将 (1) 使一类无法使用放射性同位素动力系统完成的外太阳系任务成为可能，并且 (2) 显著增强一系列其他深空任务概念。NASA 计划开发 Kilopower 技术用于月球表面发电。Kilopower 还可以作为 10 kWe NEP 系统的电源；因此，我们强调 10 kWe NEP 的优势，以鼓励 NASA 科学任务理事会 (SMD) 倡导（作为潜在受益者）NASA 开发 Kilopower 的计划，并激励进一步开展 10 kWe NEP 相关概念研究。背景和主张。2010 年，十年巨行星调查小组要求进行一项研究，以考虑使用小型裂变动力系统支持未来未指定的 NASA 科学任务的可能性。美国能源部 (DOE) 和 NASA 的研究小组（包括格伦研究中心 (GRC)、喷气推进实验室 (JPL)、洛斯阿拉莫斯国家实验室 (LANL) 和爱达荷国家实验室 (INL)）选择了一个简单的概念，提供 10 kWe 的功率、15 年的使用寿命，并可能在 2020 年具备发射能力 [Mason et al., 2010, 2011]。该初始概念导致了该概念的开发和测试计划，从 2012 年的平顶裂变演示 (DUFF) 测试开始 [Poston and McClure, 2013]。2015 年，NASA 的空间技术任务理事会 (STMD) 与美国能源部国家核安全局 (NNSA) 合作，进一步开发 Kilopower，作为一种新型、简单的 1 至 10 kWe 空间反应堆概念 [Gibson et al., 2017]。与电力推进一起使用的 10 kWe 电源可以实现一类外太阳系任务，并显著增强一系列其他深空任务概念 1 。该能力可以增加科学有效载荷质量、减少飞行时间、延长任务寿命 2 ，并为科学仪器提供充足的电力和/或提高数据速率。这样的进步将为卡西尼级任务提供科学价值的突破 [美国国家研究委员会，2006]，使 NASA 能够继续执行大型外太阳系战略任务 [美国国家科学、工程和医学院，2017]。基于 10 kWe NEP 系统可以实现放射性同位素动力系统无法实现的任务的假设 3,4 ，NASA 和 DOE 研究中心的联合研究小组确定了使用 10 kWe NEP 进行外太阳系探索的一般和具体好处。裂变动力系统的使用已被确定为实现可持续发展的关键因素
综述文章 裂变动力航天器在太阳系探索任务中的应用前景
裂变发电是一项很有前途的技术，它已被提议用于未来的几种太空用途。它正在考虑用于旨在探索太阳系甚至更远地方的大功率任务。当 NASA 的 1 kWe 千瓦斯特林技术反应堆 (KRUSTY) 原型于 2018 年完成全功率核试验时，空间裂变发电取得了巨大进展。它的成功激发了主要太空国家之间新一轮的研究竞争。本文回顾了 Kilopower 反应堆和 KRUSTY 系统设计的发展。它总结了目前正在考虑将裂变反应堆作为动力和/或推进源的任务。这些项目包括访问木星和土星系统、凯龙星和柯伊伯带天体；海王星探索任务；以及月球和火星表面基地任务。这些研究表明，对于功率水平达到~1 kWe的任务，裂变电推进（FEP）/裂变动力系统（FPS）在成本方面优于放射性同位素电推进（REP）/放射性同位素动力系统（RPS），而当功率水平达到~8 kWe时，它具有质量更轻的优势。对于飞行距离超过~土星的任务，含钚的REP可能在成本上无法接受，因此FEP是唯一的选择。地面任务更喜欢使用FPS，因为它满足10's kWe的功率水平，并且FPS大大拓宽了可能的着陆点的选择范围。按照目前的情况，我们期待在未来1-2年内实现旗舰级的裂变动力太空探索任务。