وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة الأمريكية تدفع نحو التشغيل الذاتي لمفاعلات الفضاء النووية

أخبار ar.wedoany.com، في 29 أكتوبر، أعلنت وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة الأمريكية (DARPA) عن منح اتفاقية معاملات أخرى (OTA) لشركة Space Nuclear Power Corporation (SpaceNukes) الناشئة المتخصصة في الطاقة النووية الفضائية، وذلك في إطار برنامج Fat Cat. ويُدار المشروع من قبل تابيثا دودسون (Tabitha Dodson)، مديرة البرنامج في مكتب العلوم الدفاعية بالوكالة، بهدف تطوير تقنيات تشغيل ذاتي لمفاعلات الانشطار النووي في الفضاء السحيق قادرة على التنظيم الذاتي دون الحاجة إلى إشراف بشري مستمر.

ويقود المشروع الفريق الهندسي نفسه الذي نفّذ بنجاح الاختبار الأرضي للreactor الأساسي من فئة الكيلوواط (KRUSTY) بتقنية ستيرلينغ في عام 2018. ويضم الفريق الرئيس التنفيذي آندي فيلبس (Andy Phelps)، والمدير التقني ديفيد بوستون (David Poston)، والمدير التنفيذي للعمليات باتريك مكلور (Patrick McClure)، وكبير المهندسين مارك جيبسون (Marc Gibson). وسيتم تجميع المكونات في منشأة SpaceNukes في مدينة ميدينا بولاية أوهايو، ثم إجراء اختبارات نووية أرضية فعلية وشاملة للعتاد المصمم حديثاً ومنطق البرمجيات الذاتية.

من حيث البنية التقنية، تعتمد SpaceNukes على حل Kilopower التقني المرخّص من مختبر لوس ألاموس الوطني (LANL)، حيث يتكون قلب المفاعل من مصبوبات صلبة من اليورانيوم-235 المسبوك مع الموليبدينوم، مع أنابيب حرارية صوديوم محكمة الإغلاق موزعة على السطح الخارجي. وفي مرحلتي التكثيف وتبادل الحرارة، ينقل القلب عبر الأنابيب الحرارية السلبية درجات الحرارة المرتفعة إلى محركات ستيرلينغ عالية الكفاءة من Sunpower لتشغيل مكابس ترددية لتوليد الكهرباء؛ وتُدخل الاتفاقية الجديدة، إضافة إلى التنظيم السلبي السابق، قضبان تحكم نشطة وآليات إدارة قدرة ديناميكية لمواجهة العابرين التشغيليين القصوى.

ويكمن الدافع الأساسي وراء إدخال وحدات التحكم الذاتية في معالجة مشكلة تأخر الاتصالات بسرعة الضوء التي تواجهها بعثات الفضاء السحيق والمنصات المدارية. فبما أن زمن الإرسال اللاسلكي أحادي الاتجاه بين الأرض والمريخ أو الكواكب الخارجية قد يبلغ من دقائق إلى ساعات، فإن محطات التحكم الأرضية لا تستطيع التدخل في الوقت المناسب عند حدوث أعطال جسيمة مثل انخفاض الجهد المفاجئ أو ذروات حرارية. وتستخدم وحدة التحكم النووية الذاتية المدمجة على متن المركبة برمجيات مدمجة لرصد درجات الحرارة الداخلية وتدفق النيوترونات والإجهاد الميكانيكي على فترات زمنية بالمللي ثانية، ويمكنها إجراء حسابات العابرين الفيزيائية محلياً وتوجيه قضبان التحكم النشطة للتعديل أو إعادة توزيع أحمال المحركات.

وقد حقق النموذج الأولي في الاختبار الأرضي KRUSTY عام 2018 تشغيلاً متواصلاً بكامل القدرة لمدة 28 ساعة في موقع نيفادا الوطني للأمن والاختبار (NNSS)، حيث بلغت درجة حرارة تشغيل القلب من 800 إلى 880 درجة مئوية، وأظهر استقراراً فيزيائياً ذاتياً فائقاً عند محاكاة فقدان التبريد وتغيرات حمل حراري قصوى بنسبة 175%. وسيدفع برنامج Fat Cat الجديد نحو دمج أعمق بين هذه السلامة الذاتية العالية ومنطق البرمجيات الذكي، بما يحقق الانتقال من الاستجابة الفيزيائية السلبية إلى القرار الذاتي عالي الحساسية.

مع التوسع المستمر لبعثات الفضاء السحيق نحو النظام الشمسي الخارجي وتزايد حاجة المنشآت المدارية الفضائية إلى طاقة كهربائية موثوقة ومستمرة، فإن اختراق تقنية التشغيل الذاتي لمفاعلات الفضاء النووية سيزيل كلياً اعتماد البشر على التحكم عن بُعد. ولا يمثل تعاون SpaceNukes مع DARPA خطوة إثباتية نحو التسويق التجاري والهندسي للطاقة النووية الفضائية الأمريكية فحسب، بل يوفر أيضاً أساساً من الطاقة الخالية من الكربون وعالية القدرة على البقاء للجيل القادم من مركبات الفضاء السحيق والأصول الفضائية للأمن الوطني.