为应对未来海洋探索和地外海洋探索的需求，中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室联合中国原子能科学研究院于2018年成功研制了基于微小型核反应堆和自由活塞斯特林发电机的先进能源系统。
该能源系统采用以模拟核反应堆作为热源，通过高温热管把热源的热能传递到四台对称布置的百瓦级自由活塞斯特林发电机，进行热电转换最终输出电能的技术方案。该技术方案充分结合了热管非能动传热以及自由活塞斯特林发电机轻质高效的优点，系统结构简单、可靠性高，可实现免维护、长期稳定运行，具备成为未来深空探测、深海潜航等特种任务首选能源的巨大潜力。
图1 系统结构示意图及自由活塞斯特林发电机工程样机
由于优点众多，该系统很早就引起了国内外专家学者的广泛关注并催生出一系列的概念方案，例如美国能源部和美国国家航空航天局（NASA）联合提出的 Kilopower 能源系统、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室提出的 HOMER 星表堆能源系统、中国原子能科学研究院提出的火星表面堆能源系统等。虽然方案众多，但是由于这类系统中存在多项关键技术攻克难度比较大，特别是小型高效自由活塞斯特林发电机的研制，目前大多数研究仍然停留在概念方案阶段，国际上也只有美国初步掌握该项技术。
图2 模拟微型核反应堆为热源的实验系统图
基于以上研究现状，实验室首先攻克了小型高效百瓦级自由活塞斯特林发电机研制的难题，并成功完成了从原理样机到工程样机的技术摸索，使实验室成为国内第一家具有完成百瓦级自由活塞斯特林发电机工程化能力的单位（详情见图1）。在此基础上，联合中国原子能科学研究院成功完成了该能源系统的搭建（详情见图2），最终完成实验研究。在实验过程中，四台发电机输出的总电功超过了300W，且整体运行稳定，噪音振动小，达到相应技术要求。该系统的成功运行标志着我国成为继美国之后的第二个初步掌握该技术的国家，也为下一步空间探索和深海探索能源系统的进一步研究打下坚实的基础。
