如果一切按計劃進行，在未來十年中的某個時候，一艘美國機器人著陸器將抵達一個蓬勃發展的月球基地，攜帶一個小型核反應堆。在反應堆內部，一根硼控制棒將滑入一堆鈾中，並啟動核鏈式反應，將鈾原子分裂並釋放熱量。接下來，熱量將被輸送到發電機。然後燈就會亮起——並且會一直亮著，即使在漫長而寒冷的月夜也是如此。
在為太空用途開發核電站的半個世紀的努力之後，美國宇航局剛剛成功完成了一項全新設計的測試。新型反應堆 Kilopower 的下一個里程碑可能是 2020 年代左右的首次太空飛行。Kilopower 與能源部 (DoE) 共同開發，標誌著美國 40 年來首個新型核反應堆的誕生。它可能會改變太空探索的能源生產，特別是對於太陽系其他地方的永久性人類前哨站而言。
當前的太空任務使用燃料電池、核電池或太陽能。但是月球上的一個夜晚持續兩週，而火星上的陽光強度僅約為地球的 40%。美國宇航局代理副局長吉姆·路透 (Jim Reuter) 表示：“當我們前往月球並最終前往火星時，我們很可能需要不依賴太陽的大型動力源，特別是如果我們想就地取材的話。”
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Kilopower 是一種小型輕型裂變反應堆，可提供高達 10 千瓦的電力。美國宇航局表示，四個 10 千瓦的 Kilopower 裝置將提供足夠的電力來為一個火星或月球的人類前哨站供電。康涅狄格大學研究核能的工程學教授克勞迪奧·布魯諾 (Claudio Bruno) 表示，作為比較，40 千瓦足以為一個典型的美國家庭供電。他補充說，40 千瓦大約相當於 60 馬力。“你會感覺到它的功率非常小。事實上，如果你想做任何有用的事情，特別是如果登月或火星任務是載人任務，你需要比這多得多的功率，”他說。“但話雖如此，每次過去進行這項研究時，都會出現關於核能致命危險的叫囂。這是[幾十年來]他們第一次談論用核反應堆為發電機供電，所以這是一個首次積極的訊號。”
在太空探索中，核能主要有兩種用途：發電或推進。Kilopower 將用於發電，很像地球上的發電廠。它可能會產生比單個航天器所需的更多的電力，使其更適合更大的地面前哨站。Kilopower 也可用於驅動航天器，主要是透過為離子發動機供電，儘管美國宇航局目前沒有明確計劃以這種方式使用它。
Kilopower 自 2012 年以來一直在開發中，但其歷史可以追溯到更久遠的美國宇航局 1960 年代的核輔助動力系統 (SNAP) 計劃。
SNAP 專案開發了兩種型別的核動力系統：第一種是放射性同位素溫差發電機 (RTG)，它利用放射性衰變產生的熱量來提供熱量和電力。數十個深空航天器使用了 RTG，包括火星上的好奇號探測車和目前正在探索外太陽系矮行星的新視野號冥王星探測器。第二個 SNAP 專案是裂變反應堆，它分裂原子以產生能量。這與核潛艇使用的技術型別相同。美國宇航局於 1965 年 4 月發射了一座核電站，名為 SNAP-10A。它工作了 43 天，產生了 500 瓦的電力，然後一個部件發生故障；它今天仍然在地球軌道上，被認為是太空垃圾。
在 1960 年代和 70 年代，美國宇航局還在火箭飛行器核發動機應用 (NERVA) 計劃下研究用於火箭推進的核動力。這將使用核反應堆加熱氫氣並將其透過噴嘴排出，很像化學火箭燃燒燃料以推動火箭前進。但該計劃於 1973 年結束。
世界核協會稱，俄羅斯已在太空飛行了 30 多個裂變反應堆。但布魯諾說，在尼克松總統於 1973 年取消了美國宇航局的核推進研究後，俄羅斯也退出了其計劃。“到 1973 年，一切基本上都擱置了或被凍結了，”他補充道。“到 2018 年，從事這項工作的大多數人要麼退休了，要麼去世了。我們沒有關於他們做了什麼的第一手知識。我們有報告，當然，但報告不會跟你說話。人會跟你說話。”
解凍始於 2012 年，當時美國宇航局和能源部對 Kilopower 的前身——平頂裂變演示 (DUFF) 實驗進行了初步測試，產生了 24 瓦的電力。DUFF 使用熱管來冷卻其反應堆，並演示了首次使用斯特林發動機將反應堆熱量轉化為電力。（斯特林發動機使用外部熱量驅動活塞，活塞轉動曲軸以產生動力。）在 DUFF 測試之後，美國宇航局的變革性發展計劃認可了 Kilopower，該專案在 2014 年獲得了第一筆資金。
美國宇航局和能源部最新的 Kilopower 測試發生在 2017 年 11 月至今年 3 月。這些測試被稱為千瓦級反應堆使用斯特林技術 (KRUSTY)，它像 DUFF 一樣向辛普森一家致敬——這些測試讓 Kilopower 反應堆經歷了全面執行，最終進行了 28 小時的執行，在此期間，反應堆被啟動、以全功率執行，然後冷卻並關閉。KRUSTY 測試地點美國宇航局格倫研究中心的 Kilopower 首席工程師馬克·吉布森 (Marc Gibson) 表示，反應堆在 800 攝氏度的溫度下執行，產生了超過 4 千瓦的電力。
美國宇航局和能源部官員表示，由於其工作方式，該反應堆比前幾代更安全。裂變鏈式反應是被動控制的，甚至可以使用硼控制棒和鈹反射器來停止。原子分裂不會在反應堆遠離地球后才開始。能源部洛斯阿拉莫斯國家實驗室的 Kilopower 專案負責人帕特里克·麥克盧爾 (Patrick McClure) 表示，如果反應堆或其火箭在發射臺上爆炸，核心中的鈾 235 會使一公里外的人們暴露在不超過自然背景水平的輻射水平下。“在所有最壞的情況下，我們都不相信反應堆會在發射事故中意外啟動，”他說。
洛斯阿拉莫斯首席反應堆設計師大衛·波斯頓 (David Poston) 表示，類似的反應堆可以為離子推進器提供電力，離子推進器反過來可以推進航天器。但布魯諾表示，啟動鏈式反應所需的材料量可能意味著反應堆太大太重，無法實際使用。美國宇航局正在單獨開發一種新的鈾基核熱發動機概念，它的工作原理很像當前的化學火箭，將燃料加速噴射到推進器的後端。但 核熱推進專案於 2017 年 8 月啟動，其進展不如 Kilopower。
大多數核動力航天器都使用 RTG，它只是利用鈽衰變產生的熱量來發電。但 RTG 的效率極低——而且更重要的是，二氧化鈽燃料供應短缺。在中斷 30 年後，能源部於 2015 年恢復了鈽 238 燃料的生產，但目前該國庫存中只有足夠的燃料來為美國宇航局的 2020 年火星探測車以及可能的一兩個其他潛在的外太陽系任務提供動力。
Kilopower 可以作為替代方案——但官員和專家警告說，這可能是一個很大的問題。“從功率的角度來看，我們有點像從 RTG 停止的地方開始。我們有點像從他們離開的地方[開始]，試圖為人類探索等需要數十到數百千瓦功率的事物提供一個功率範圍，”吉布森說。換句話說，月球或火星上的人類活動將需要比單個 Kilopower 反應堆甚至少量反應堆預計產生的功率高 10 到 100 倍。但波斯頓表示，反應堆的模組化設計可以輕鬆擴充套件以滿足這些需求。
儘管如此，布魯諾補充說，Kilopower 是朝著在太空使用的可行核電站邁出的重要一步。下一步很可能是在太空測試反應堆。美國宇航局尚未批准此類任務，但在本月早些時候的新聞釋出會上，路透表示，未來 18 個月將致力於弄清楚如何進行此類試飛。一種可能性是在月球著陸器上飛行一個小型 Kilopower 反應堆，這可能會在美國宇航局新近以月球為中心的探索任務下開發。
波斯頓說，成功的地面測試是人類太空探索下一階段的重要一步。“我們展示了美國宇航局現在可以使用的概念。對我來說，最令人興奮的是潛力。這真的是在太空中使用裂變能的第一步，”他說。