La DARPA fait progresser l'exploitation autonome des réacteurs nucléaires spatiaux

fr.wedoany.com Rapport : Le 29 octobre, l'Agence américaine des projets de recherche avancée de défense (DARPA) a annoncé l'attribution d'un accord d'échange (OTA) à la start-up de propulsion nucléaire spatiale Space Nuclear Power Corporation (SpaceNukes) dans le cadre du programme Fat Cat. Ce projet, géré par Tabitha Dodson, cheffe de projet au Bureau des sciences de la défense de la DARPA, vise à développer une technologie d'exploitation autonome des réacteurs à fission nucléaire pour l'espace lointain, capable de s'autoréguler sans nécessiter de supervision humaine continue.

Le projet est dirigé par l'équipe d'ingénieurs qui avait mené à bien l'essai au sol du réacteur de base de classe kilowatt (KRUSTY) utilisant la technologie Stirling en 2018. L'équipe comprend le directeur général Andy Phelps, le directeur technique David Poston, le directeur des opérations Patrick McClure et l'ingénieur en chef Marc Gibson. L'intégration des composants sera réalisée dans les installations de SpaceNukes à Medina, dans l'Ohio, et aboutira à des essais nucléaires au sol complets du nouveau matériel et de la logique logicielle autonome.

Sur le plan de l'architecture technique, SpaceNukes a adopté la solution technologique Kilopower sous licence du Laboratoire national de Los Alamos (LANL), dont le cœur est constitué d'une pièce coulée massive d'uranium-235 allié au molybdène, entourée de plusieurs caloducs scellés au sodium. Pour la condensation et l'échange thermique, le cœur transmet la chaleur à haute température à des moteurs Stirling haute efficacité Sunpower via des caloducs passifs afin d'entraîner des pistons alternatifs pour la production d'électricité ; le nouvel accord introduit en outre, sur la base de la régulation purement passive antérieure, des barres de contrôle actives et un mécanisme de gestion dynamique de la puissance pour faire face aux transitoires d'exploitation extrêmes.

La raison principale de l'introduction d'un contrôleur autonome réside dans la résolution du problème du délai de communication à la vitesse de la lumière auquel sont confrontées l'exploration de l'espace lointain et les plateformes orbitales. Étant donné que la transmission radio à sens unique entre la Terre et Mars ou les planètes externes peut prendre de plusieurs minutes à plusieurs heures, une station de contrôle au sol ne peut intervenir à temps en cas de défaillance grave telle qu'une chute de tension ou un pic thermique. Le contrôleur nucléaire autonome embarqué utilise un logiciel intégré pour surveiller à intervalles de millisecondes la température interne, le flux neutronique et les contraintes mécaniques, et peut effectuer directement localement les calculs des transitoires physiques et commander l'ajustement des barres de contrôle actives ou la redistribution de la charge des moteurs.

Lors de l'essai au sol KRUSTY de 2018, le prototype avait déjà réalisé avec succès 28 heures de fonctionnement continu à pleine puissance sur le site d'essai de sécurité nationale du Nevada (NNSS), avec une température de cœur atteignant 800 à 880 degrés Celsius, et avait démontré une excellente stabilité physique intrinsèque lors de la simulation d'une perte de refroidissement et d'une variation extrême de charge thermique de 175 %. Le programme Fat Cat actuel vise à approfondir le couplage entre cette haute sûreté intrinsèque et la logique logicielle intelligente, afin de franchir le pas d'une réponse physique passive vers une prise de décision autonome hautement sensible.

À mesure que les futures missions d'exploration de l'espace lointain s'étendent vers le système solaire externe et que la demande des installations orbitales en électricité continue et fiable croît, les percées dans la technologie d'exploitation autonome des réacteurs nucléaires spatiaux élimineront totalement la dépendance à l'égard du télécontrôle humain. La collaboration entre SpaceNukes et la DARPA marque non seulement une étape de démonstration vers la commercialisation et l'ingénierie de la propulsion nucléaire spatiale américaine, mais fournit également une pierre angulaire énergétique décarbonée à haute survie pour les prochaines générations de sondes de l'espace lointain et les actifs spatiaux de sécurité nationale.