"심우주와 심해 등 극한지에서 인간 개입 없이 자율 가동되는 소형 고속분열 원자로를 구축한다" — PR Newswire

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"심우주와 심해 등 극한지에서 인간 개입 없이 자율 가동되는 소형 고속분열 원자로를 구축한다" — PR Newswire / Morningstar, SpaceNukes(스페이스눅스) 및 LANL(로스앨러모스 국립연구소), DARPA Fat Cat(패트 캣) 프로그램 하의 자율 원자로 제어기 개발 협약 전격 체결

작성: Douglas Kim (시스템 아키텍트)

기사 보도일: 2026.10.21

[Figure 1 (도표 1)] PR Newswire / Morningstar, SpaceNukes(스페이스눅스) 및 LANL(로스앨러모스 국립연구소), DARPA Fat Cat(패트 캣) 프로그램 하의 자율 원자로 제어기 개발 협약 전격 체결 관련 아키텍처 개요

■ Executive Summary (핵심 기술 요약)

Space Nuclear Power Corporation(SpaceNukes)과 LANL(로스앨러모스 국립연구소)이 2026년 10월 21일, DARPA(미 국방고등연구계획국) DSO(국방과학실)의 Fat Cat(Fast Capacitance, 고속 정전용량) 프로그램 하에서 차세대 자율 원자로 제어기 개발을 위한 OTA(기타 거래 협약)를 전격 체결했습니다.

2018년 전설적인 KRUSTY(Kilopower) 원자로 지상 시험의 수동적 열 팽창 제어 유산을 계승함과 동시에, 인간 운영자의 개입이 원천 불가능한 심우주 및 심해 작전을 위해 Active Control Rod(능동형 제어봉) 작동 메커니즘과 실시간 물리 기반 자율 제어기를 최초로 통합합니다.

이번 계약을 통해 Beryllium(베릴륨) 반사체 및 우라늄-몰리브덴(U-Mo) 합금 고속 핵분열 노심에 최적화된 자율 제어 Hardware-in-the-Loop(하드웨어 인 더 루프) 시스템을 제작하고, 로스앨러모스 임계 시설에서 전출력 지상 핵 실증 시험을 완수할 계획입니다.

1. 극지·심우주 전력 인프라의 위기와 Autonomous Fast Fission(자율 고속분열) 원자로 요구

사건 개요 및 등장 배경

미 국방부와 NASA는 달 기지 영구 주거, 화성 심우주 탐사선, 그리고 수개월간 은밀 작전을 수행하는 무인 심해 UUV(잠수정) 등 극한 환경에서 지속 구동 가능한 차세대 에너지원으로 소형 원자력 시스템을 주목해왔습니다. 태양광 발전은 화성 먼지 폭풍이나 달의 14일간 지속되는 Lunar Night(극야), 빛이 닿지 않는 심해에서는 무용지물이며, 화학 연료 전지는 막대한 중량으로 인해 탑재가 불가능하기 때문입니다.

그러나 소형 원자로를 무인 군사 및 우주 플랫폼에 탑재할 때 가장 큰 문제는 '통신 지연과 단절'입니다. 지구와 화성 간에는 편도 최대 20분 이상의 전파 지연이 발생하며, 심해 잠수정은 적의 음향 탐지를 피하기 위해 일체의 전파 방출을 차단해야 합니다. 따라서 노심의 출력 변동이나 냉각 불균형이 발생했을 때 인간 조종사가 실시간으로 개입하는 것은 물리적으로 불가능합니다.

과거 2018년 NASA와 LANL(로스앨러모스 국립연구소)이 성공시켰던 KRUSTY(Kilopower Reactor Using Stirling Technology) 프로젝트는 온도가 올라가면 자연적으로 반응도가 떨어지는 수동적 열 팽창 음(-)의 반응도 피드백에만 의존했습니다. 그러나 복잡한 기동 임무나 급격한 전력 수요 변화에 유연하게 대처하기 위해서는 능동적으로 제어봉을 조작하는 지능형 자율 제어 시스템이 필수적이었습니다. 이에 DARPA(미 국방고등연구계획국) DSO(국방과학실)은 고속 중성자 핵분열로를 자체 제어하는 Fat Cat(Fast Capacitance) 프로그램을 발족하고 SpaceNukes(스페이스눅스)와 본 계약을 체결했습니다.

2. Active Control Rod Manipulation과 Transient Physics 기반 자율 제어 메커니즘

핵심 기술 사양 및 보도 내용 분석

DARPA Fat Cat 프로그램 하에서 SpaceNukes(스페이스눅스)와 로스앨러모스 LANL(국립연구소)가 구현하는 자율 원자로 제어 아키텍처는 다음 3대 핵심 공학 메커니즘을 축으로 구축됩니다.

■ 1. Active Control Rod Actuation with Fail-Safe Beryllium Reflection (능동형 제어봉 구동 및 페일세이프 베릴륨 반사체)

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고농축 U-Mo(우라늄-몰리브덴) 합금 고속 핵분열 노심 주위를 둘러싼 베릴륨(Be) 중성자 반사체 쉘 내부에 미세 스텝 모터로 구동되는 탄화붕소(B4C) 능동형 제어봉을 배치합니다.

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정전이나 제어기 기능 정지 등 비상 상황 발생 시 기계적 스프링에 의해 제어봉이 즉각 노심 내부로 강제 삽입되는 Fail-Safe(페일세이프) 기계식 안전 셧다운 설계를 결합했습니다.

■ 2. Onboard Real-Time Transient Kinetics Model (온보드 실시간 과도 동특성 물리 모델)

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통신이 두절된 상태에서도 원자로의 Neutron Flux(중성자속), 온도 구배, 스털링 발전기의 열 흡수율을 실시간 센싱합니다.

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엣지 컴퓨터에 내장된 고속 물리 기반 Digital Twin(디지털 트윈)이 Point Kinetics(점동특성) 미분 방정식을 마이크로초 단위로 연산하여 제논(Xe) 중독 현상이나 열응력 집중을 사전 예측하고 제어봉의 삽입 깊이를 자율 조절합니다.

■ 3. Sodium-Potassium (NaK) Heat Pipe & Stirling Engine Closed-Loop Integration (NaK 히트파이프 및 스털링 폐루프 결합)

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노심에서 발생하는 열은 펌프 구동 전력이 필요 없는 소듐-포타슘(NaK) 액체금속 히트파이프를 통해 고효율 Stirling Engine(스털링 엔진) 발전기로 직접 전달됩니다.

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발전기의 전력 부하 변동에 따라 원자로 냉각 속도가 달라지는 열-전기 상호작용을 자율 제어기가 Feed-Forward(피드포워드) 방식으로 보상하여 노심 온도를 800°C 범위 내에서 극도로 균일하게 유지합니다.

3. 우주 군사화 및 심해 무인 전력 인프라의 기술적 도약

방위산업 파급력 및 미래 전망

SpaceNukes와 DARPA의 이번 협약 체결은 차세대 극한지 방위 및 탐사 체계에 근본적인 전환점을 마련합니다.

1.

인간 불필요 완전 자율 원자력 파워팩 확보: 수년 동안 지상 관제 센터의 지침 없이도 자체 센서와 알고리즘으로 임계를 안전하게 제어하는 10kWe급 우주 원자로 시스템의 실증 기반이 완성됩니다.

2.

미 USSF(미 우주군) 심우주 기동 전력 선점: 정지궤도를 넘어 지구-달 Lagrange Points(라그랑주점) 및 달 궤도에서 장기간 기동하는 차세대 군사 정찰 위성과 전력 전송 기지의 핵심 동력원으로 직결될 전망입니다.

4. 아키텍트 종합 분석 및 실무 제언

시스템 아키텍트 종합 분석

우주 추진 및 원자력 시스템 아키텍트의 시각에서 DARPA Fat Cat과 SpaceNukes의 접근법은 '원자력 발전의 물리적 안정성과 현대 자율제어 소프트웨어 공학의 가장 완벽한 융합'입니다. KRUSTY의 수동형 안전성에 능동 제어봉의 유연성을 결합한 이 자율 원자로 제어기는, 인류가 심우주와 심해라는 미지의 프론티어를 실질적으로 점유하기 위해 반드시 갖춰야 할 인프라 표준이 될 것입니다. 상세 보도는 PR Newswire 및 Morningstar 공식 기사에서 확인하실 수 있습니다.

■ Reference Glossary (핵심 연계 기술 용어 참조 해설)

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Fast Fission Reactor (고속 중성자 핵분열 원자로): Moderator(감속재)를 사용하지 않고 우라늄 분열 시 방출되는 고에너지 고속 중성자를 직접 이용하여 연쇄 반응을 유지하는 원자로로, 크기가 매우 작고 출력 밀도가 높아 우주 및 군사용에 최적화되어 있습니다.

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Active Control Rod Operation (능동형 제어봉 구동 메커니즘): 자연적인 열 팽창 피드백에만 의존하지 않고, 전기 모터나 액추에이터를 통해 중성자 흡수재(탄화붕소 등)를 노심 내부로 미세 진퇴시켜 반응도를 실시간 정밀 제어하는 능동 공학 체계입니다.

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Hardware-in-the-Loop [HIL] (하드웨어 인 더 루프 시뮬레이션): 실제 제어기 하드웨어를 가상의 노심 물리 시뮬레이션 컴퓨터와 실시간 연결하여, 실제 핵물질을 장전하기 전 모든 극한의 오작동 시나리오와 비상 제어 알고리즘을 안전하게 사전 검증하는 엔지니어링 기법입니다.

■ 참고 문헌 및 자료 출처 (Reference & Source)

보도 원문 출처: PR Newswire / SpaceNukes Official Announcement | https://www.prnewswire.com/news-releases/space-nuclear-power-corporation-awarded-darpa-agreement-for-ground-test-of-autonomous-nuclear-reactor-controller-302914566.html ↗