空间堆核动力技术选择研究

目前,基于太阳能、化学能的空间电源与空间推进技术,其技术能力的发展已接近极限状态,未来亟需开发基于核能的先进空间动力技术。针对低成本空间轨道运输、高功率载荷航天器、深空探测器、行星表面探测与开发等应用场景,以空间堆核电源为重点,分析了国际发展现状和未来航天需求,分别针对大功率(100 kWe～1 MWe)和小功率(1 kWe～10 kWe)应用需求,提出了技术主导方案,围绕主导技术方案梳理了关键技术,为我国空间堆核动力技术发展规划和预先研究提供参考。     

模块航天器间激光无线能量传输系统方案设想

模块化航天器是未来航天器发展的重要方向,模块航天器之间的能量传输是实现模块化功能应用的关键技术。文章针对模块化航天器系统能量分配需求,对无线激光能量传输技术进行了研究。阐述了无线激光能量传输系统的功能组成,建立了系统框架模型,分析了系统的关键技术,并对系统各组成模块进行了初步设计。在此基础上对激光传能系统进行了试验验证,获得了理想的光电转换效率。文章的研究成果可为我国模块航天器的发展提供技术支持。     

核动力航天器发展历程（下）

三、新世纪 进入21世纪,多极化格局日益显现,核动力航天器发展呈现出新的特点,我们称之为新世纪,时间跨度约从21世纪初持续至今。美国和俄罗斯都不约而同地将目标瞄准兆瓦级以上核动力航天器的研发,应用则主要面向载人星际飞行。     

核动力航天器发展历程（上）

核动力航天器泛指一切使用核能的航天器。核能的产生包括衰变、裂变和聚变3种方式,核能的空间利用包括热源、电源和推进3种形式。迄今为止人类共发射了73颗核动力航天器,其中美国32颗,前苏联40颗、中国1颗;而其中同位素航天器有38颗,核反应堆（核裂变）航天器有35颗。     

空间核动力平台电力管理系统的设计

空间核动力平台是一种全新的电源推进一体化航天器,其电力系统具有三相交流输出、工况多且复杂、母线电压体制多等特点。为了解决空间核动力平台负载供电诸多难题,通过对系统功能、负载类型、母线体制、组成配置、工作模式、控制机制等方面论证分析,提出了一种新型空间核动力平台电力管理系统架构。其中,变配电系统从硬件实现角度解决了基于布雷顿热电转换系统输出为负载稳态供电问题,自主控制系统从软件控制角度解决了主能源、辅助能源等多能源间流动控制以及负载暂态匹配问题,这为未来空间核动力平台电力管理系统研究工作奠定了基础。     

分布式集群空间飞行器综述

传统航天器多采用大型、复杂、整体集中式架构,导致发射和维护成本高。文章以模块化航天器为研究对象,结合美国国防预先研究计划局(DARPA)的F6计划,阐述了"分布式集群空间飞行器"系统概念,分析了系统的数据类型与基本功能,讨论了自主飞行控制、无线自组织网络、无线激光通信和模块化、小型化等关键技术,可为实现模块化航天器系统提供借鉴。     

航天器总装模块化生产模式探讨

文章介绍了航天器总装模块化生产思想,建立了航天器总装生产模式成熟度模型,提出模块化是提高航天器制造企业管理柔性、提升企业竞争力的重要途径,针对航天器总装实施特点对航天器总装生产模式进行了模块化构想,根据专业化试点取得的经验提出专业化建设对于加快航天器总装人才培养、优化资源配置等具有显著的现实意义。     

航天器虚拟热试验平台的软件架构及其应用

针对我国目前航天领域型号试验任务重、成本高的特点,文章提出搭建航天器虚拟热试验平台以缩短型号研制周期、减少研发成本。虚拟热试验平台结构拟由5个单独模块组成:试验系统描述及边界条件输入模块,虚拟试验运算模块,模型修正模块,结果报表及经济性分析模块和虚拟试验数据库。另外提出了虚拟热试验平台在航天器真空热试验中的应用。     

100 kWe级空间快堆核电源系统仿真平台开发与应用

空间核反应堆电源作为一种具有竞争力的空间电源方案,正逐渐受到关注及应用。本文针对一个100 kWe级锂冷快堆耦合布雷顿循环的空间堆核动力系统方案,修改了RELAP5程序中的物性程序、换热模型,程序中的中子动力学模块使用蒙特卡洛方法计算快堆物理参数与堆芯控制调节参数,由此集成并建立一个空间快堆核动力系统综合仿真平台,应用该平台对100 kWe级空间堆核动力系统进行了稳态模拟与事故分析。结果表明:在瞬态发生后系统各参数变化符合预期,验证了各部件及控制系统的功能性及有效性;同时,还初步进行了仿真平台用于100 kWe级空间反应堆核动力系统设备的设计优化的实践,为空间快堆设计与安全分析提供了技术储备。     

航天器电子设备机箱产品模块化技术初探

在分析航天器电子设备机箱产品"三化"现状的基础上,阐述采用模块化技术的必要性,提出机箱产品模块化的总体思路和模块的划分原则,并以某机箱产品为对象,对产品功能分解、模块接口分析和模块划分等内容进行初步探讨.     

100 kWe月面核电站方案研究

随着太空探索活动的深入开展,在月球表面建立有人基地成为必然选择。与常规化学能或太阳能相比,月面核电源具有诸多优点,是月球基地的最佳能源选择之一。本文提出了电功率100 kWe的核反应堆电源系统方案,给出了该方案的关键系统参数。针对反应堆模块,展开方案选型、参数优化、常规物理参数分析、初步热工分析和特种临界安全分析等工作。计算结果显示:燃料包壳温度小于使用限值,掉落事故工况下有效增值因数均小于0.98。该设计方案满足各项技术指标和设计准则。     

模块化多旋转关节空间太阳能电站方案设计

文章基于多旋转关节空间太阳能电站（MR-SPS）方案，以降低远距离高压电力传输技术难度为核心，提出一种更新的模块化多旋转关节空间太阳能电站概念。该方案在分布式太阳电池分阵和多导电旋转关节基础上，对于微波发射天线阵也进行了模块化设计和分布式布局，实现了太阳电池分阵和微波发射天线分阵的一一对应，形成多个独立的太阳能发电与能量传输模块，通过模块的扩展实现整个空间太阳能电站。该方案大幅简化了空间电力传输与管理的复杂性和在轨组装的难度。同时各个模块完全独立，组装后即可单独工作，也提高了系统的可靠性。     

空间核电源电力系统功率因数校正技术的研究

为满足我国未来深空探测、星表基地等空间任务电源系统的需求,通过采用基于空间核电源系统的功率因数校正技术来滤除和抑制由发电机产生的谐波,从而提高系统的用电效率。提出一种新型Boost PFC拓扑结构,首先分析变换器的工作原理,之后对工作在连续电流导通模式下的Boost变换器进行建模分析。通过对变换器双环控制中的电压环和电流环进行理论设计和数学推导,从而确定控制环路参数。采用PLECS仿真软件对变换器的控制策略和系统的动态响应进行验证,并实现输入电流对输入电压的零相位正弦化追踪。     

即插即用模块化卫星体系结构研究

即插即用模块化卫星是模块化即插即用技术与卫星平台技术相结合的新型卫星系统,是实现空间快速响应的重要途径。文章介绍了即插即用模块化卫星的概念;分析了即插即用技术在航天任务中的应用;概括了即插即用模块化卫星的体系结构,主要包括功能模块、即插即用标准接口、卫星平台总线和系统软件。在传统卫星分系统划分的基础上进行功能分解,提出了即插即用模块化卫星功能模块的划分方案。文章的研究结果可为中国发展即插即用模块化卫星技术提供理论参考。     

低温推进剂集成管理技术的发展与启示

低温推进剂集成管理技术(IVF)是实现上面级等航天器长期在轨的新技术思路。通过将液氢液氧长期在轨产生的蒸汽与内燃机技术结合,实现贮箱增压、排气、姿控、沉底、发电功能一体化,减小航天器系统质量,增强任务灵活性。回顾了IVF模块设计的发展过程,探讨了IVF的技术优势,与燃料电池技术、蒸发量控制技术对比分析了IVF技术的使用范围及不足,提出了研究气氢气氧内燃机技术、IVF模块方案设计、系统仿真等关键技术的建议,并展望了其应用前景。     

多旋转关节空间太阳能电站概念方案设计

对于国际上典型的空间太阳能电站概念方案进行了分析,在此基础上提出了一种新的概念方案--多旋转关节空间太阳能电站,并给出总体构型和主要分系统初步方案设计结果。该方案采用多个相互独立的太阳电池子阵代替了传统的整体式太阳电池阵,以多个中等功率的导电旋转关节替代传统的极高功率的旋转关节,不仅解决了传统空间太阳能电站方案中的极大功率导电旋转关节技术难题,还可以避免导电关节的单点失效问题,模块化的设计也使得系统的组装和构建更加可行。     

Optical thomograph of the Universe

The concept of astrometric supervision of the Universe on the basis of using the extralong base for angular measurements realized by launching 3–4 spacecrafts in different directions from the Earth upto the distance of 500 AU is proposed. Under various variants of scientific and service payload of spacecrafts it will allow to execute direct measurement of distances upto stars at the distance of 1 ÷ 10 light-years. Within this distance ours and Domestic Group galaxies, including Andromeda Nebula are located. In perspective variants based on multiaperture optical systems the direct measurement at the distances upto boundary objects of the Universe, that is, quasars located on distance upto 10 billion light-years may be executed. The problems of sensor, and system of communication design also the concept of a spacecraft are considered.     

载人航天器系统重量控制方法研究

系统的重量设计和控制贯穿于载人航天器研制的全过程,在型号研制中占有非常重要的地位。文章结合载人航天器型号研制实践,描述了载人航天器系统重量构成、重量控制流程、不同研制阶段的重量控制要点、系统重量控制体会以及轻量化设计措施,为未来载人航天器型号设计和减重研究提供借鉴与参考。