空间核动力源应用国际规则现状与发展分析

正随着国际社会对于深空探测的日益关注,相应的航天器在外空使用核动力源的法律问题也日益突出。关于核动力航天器的国际规则主要是1992年的《核动力源原则》和2009年的《外层空间核动力源应用安全框架》以及其他相关的国际法律文件,相关的国际规则谈判正在开展。中国在发展核动力源空间应用技术与工程的过程中,也应当重视国家战略制定、管理体系与法律政策体系完备、透明度提高等层面。同时在预判外空规则国际谈判趋势的前提下,对中方的角色进行     

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。     

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。     

空间同位素热/电源安全认证管理模式的思考

对于远离太阳或因长时间处于阴影区而导致光照严重不足且环境温度过低的深空探测任务,常规电源系统(太阳电池阵+蓄电池)的使用无法满足探测器系统平台和各类载荷对长期、可靠、连续性能源供应的现实需求.在这种情况下,核动力源的空间应用成为首选.目前可供空间使用的核动力源产品主要包括同位素热/电源和核反应堆.对于使用空间核动力源的...     

月球无人采样返回探测器一体化热管理方案

针对我国首个月球无人采样返回探测器"嫦娥五号"所面临的散热难题,在调研国外月球采样返回探测器热控方案的基础上,通过论证提出一种"泵驱小型单相流体回路热总线+水升华器"的一体化热管理方案。该方案能够实现"嫦娥五号"着陆器、上升器热量与热沉的综合管理与利用;同时在国内首次将高适应能力主动热控体系结构应用到深空探测航天器中,推动了我国深空探测航天器热控技术的跨越式发展。     

航天器供配电智能管理技术研究

综述国外航天器供配电管理技术由传统遥控管理发展到智能管理的4个典型阶段,介绍了航天器供配电智能管理技术在空间站、科学观测及深空探测领域航天器上的应用情况;分析了目前国内航天器采用熔断器作为故障隔离主要手段、依托遥测遥控进行供配电管理的体制,归纳了国内航天器供配电体制的优缺点,并总结出国内航天器供配电智能管理系统的3项关键技术——智能配电管理技术、故障隔离技术和能源计划动态调度管理技术,可为航天器供配电智能管理系统关键技术的研究提供借鉴。     

一种载人航天器深空通信系统架构的设想

为保证深空探测载人航天器与地面之间的可靠通信,在分析载波频率、信源压缩技术、编码技术和调制方式的基础上,提出了一种载人航天器深空通信系统架构,综合考虑各种通信业务的需求,采用LDPC编码、SOQPSK调制等先进技术,充分利用深空通信信道宽带宽的特点。相比于现有的深空探测航天器,文章提出的深空通信系统架构可获得更高的增益,能以更高的数据速率进行可靠通信,具有一定的技术前瞻性和较高的工程应用价值,对我国后续载人登月及其他深空飞行任务具有一定的参考意义。     

核能推进航天器新方法

随着人类深空探测活动的开展,核能的空间应用作为一种发展前景很好的航天能源方式而受到关注。核裂变能的利用在地面已获得普及,在航天领域中的应用也取得一些进展,但核聚变能因其可控性的制约尚未解决,使得其空间应用存在很大的技术障碍。文章提出一种新的核聚变能的空间利用方法,利用核裂变点火、核聚变放能来实现核推进。核聚变材料在高温、高密度条件下发生核聚变反应,并使其能量储存在热载体中。通过选择合适的调制介质来调制辐射场和压力场,设置边界条件,最终达到直接推进航天器的目的。此外文章对核聚变能空间应用中的辐射防护技术也进行了讨论。     

知识资料窗

空间探测器空间探测器就是对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人航天器，又称深空探测器。空间探测器包括月球探测器、行星和行星际探测器。空间探测器是深空探测的主要工具。深空探测主要包括月球探测、行星探测和行星际探测。探测的主要目的是：了解太阳系的起源...     

航天器二次电源的低温工作特性研究

由于航天器在深空探测中处于低温环境中,其二次电源的低温工作特性尤为重要。文章首先介绍了航天器二次电源的供电结构;再从组成二次电源的关键元器件着手,对功率半导体器件（功率MOS管和功率二极管）、PWM控制芯片的低温特性进行深入探讨;最后对一个25W/5.8V输出的航天器二次电源在-35~80℃温度范围内工作的试验数据展开分析,这些工作可为后续深空探测任务的实施提供技术储备。     

深空探测器推进系统

以技术较成效的月球探测器、火星探测器推进系统为重点，介绍了国外深空探测活动的情况。简述了深空探测对推进系统的需求、我国航天器液体推进技术的现状。认为我国的推进技术经一些适应性发展，即可满足深空探测的需求，并且设想了我国近期较为可行的深空探测器推进系统方案。     

日地系统拉格朗日点航天器编队飞行现状与关键技术

深空探测可以帮助人类研究太阳系及宇宙的起源、演变和现状,进一步认识地球环境的形成和演变,认识空间现象和地球自然系统之间的关系,因而具有重大的科学与技术意义。由于日地系统拉格朗日点附近的航天器编队适宜进行深空观测等科学使命,所以日地系统拉格朗日点航天器编队飞行技术就成为深空探测的重要技术之一。本文通过分析美欧若干日地系统拉格朗日点编队飞行使命,介绍了该项技术的发展现状,分析了拉格朗日点在深空探测中的战略地位,总结了日地系统拉格朗日点编队飞行的关键技术,并对这些关键技术进行了分析。     

近地轨道飞行器的光辐射背景环境

文章简要介绍了在可见光和红外波段深空和地球高层大气的光辐射源和辐射特性,包括辐射机制和强度、辐射的各向异性等,通过比较表明空间红外波段的背景辐射明显高出可见光波段近1个数量级;分析了在地球大气外进行对地观测时大气辉光辐射的角分布,指出了辐射的临边增亮特性。以上研究对于研制和开发新型航天器、利用太空资源以及未来的深空探测都具有实用价值。     

太阳敏感器/陀螺定姿算法研究

针对近地航天器故障模式或深空探测模式,研究了仅利用太阳敏感器和陀螺进行航天器定姿的方法.给出了姿态确定滤波模型,分析了影响定姿精度的主要因素,讨论了轨道日照角对定姿精度的影响.研究结果表明:该组合可实现航天器故障模式或深空探测模式中的低精度姿态确定;轨道日照角对定姿精度影响较大,有效的轨道日照角是确保太阳敏感器/陀螺姿态确定方法可行的关键.     

空间电推进技术应用现状与发展趋势

电推进技术是近年来空间推进领域发展和应用最为活跃的专业技术。文章阐述了电推进在航天器上应用的优势与问题,电推进应用于航天器可带来节省推进剂、提高姿控精度、扩展深空探测距离等优势,同时需要关注带来的表面电位变化、荷能粒子影响、电磁干扰等问题。目前,电推进已经广泛应用于GEO及低轨卫星、深空探测器等航天器上,并且电推进正逐步向更大功率、超高比冲、更多模式、更低成本等方向发展。建议我国加大需求牵引,夯实基础理论,尽快开展多种电推进空间飞行,并不断培育新型电推进技术,占领未来电推进技术制高点。     

模块化核动力航天器设计及其关键技术

为提高核动力航天器关键技术的可继承性与可扩展性,缩短核动力航天器研发周期,降低研发成本,本文通过总结国外核动力航天器发展现状,梳理核动力航天器研制特点,结合模块化航天器概念及设计原则,首次提出模块化核动力航天器概念。将核动力航天器分为核电源模块、平台中心模块、载荷模块3大独立模块,并针对体系架构设计提出3层建设方案,针对模块化核动力航天器梳理关键技术难点,为后续项目研究提供应用参考。     

美国深空探测任务预算分配与投资策略研究

介绍了美国以《战略规划》和《科学计划》为主线的深空探测战略规划的管理体制,并综合NASA 2011—2017财年的预算申请文件,分析了NASA 2011—2021财年的预算发展情况和未来走向。介绍了NASA的各类深空探测活动和研究计划,包括"发现计划"、"新疆域计划"、"月球探索计划"、"火星探测计划"、"外行星计划"和"行星科学研究"等。研究了NASA深空探测活动的投资重点和投资策略,指出在深空探测领域,美国不仅制定了长期、连续且稳定的深空探测战略规划,而且还制定了相应的投资策略和预算管理机制,保证了研制经费的持续投入,不断支持未来探测任务所需先进技术的概念研究和预研攻关,全面发展深空探测能力,确保了其在深空探测领域的全球领先地位。文章提出启示和建议,可为我国深空探测战略规划的制定和预算分配提供参考。     

俄罗斯宇宙核电动力发展研究

<正>近年来,随着太空探索的不断推进,空间核动力技术在世界范围内掀起热潮,该技术可以将核能转换成热能、电能或推进动力,以满足多种航天器的飞行需求。相比化学燃料、离子推进和太阳能推进等技术,空间核动力技术具有抗辐射能力强、体积小、质量轻、寿命长、窗口利用率高等诸多优点。在空间核动力技术领域,俄罗斯取得的成果不容小觑。自20世纪70年代以来,苏联/俄罗斯有关科研单位及企业就一直在开发可用于轨道间拖船的核动力装置,积累了深厚的技术基础。核动力技术应用潜力广泛,例如,用于建立月球基地、载人火星考察、星际航行等太空探索任务,将航天器低成本送入高轨,太空垃圾清除,以及保护地球免受彗星、陨石威胁等方面。     

航天器非地球轨道热环境模拟技术探讨

月球、火星探测器等非地球轨道航天器与地球轨道航天器对热控的要求有很大的不同,为验证热控设计的合理性,必须在地面做好充分的热环境模拟试验.国内绝大部分空间环模设备都是以模拟地球轨道航天器在轨环境为目的建设的,显然不能满足深空探测需要.文章针对航天器非地球轨道深空热环境模拟技术进行探讨.     

国外空间推进技术现状和发展趋势

空间推进技术通常可分为常规化学推进、电推进、微推进和新型推进4大类。常规化学推进是目前航天器的主要推进方式,性能继续提升。电推进已成功证明其优势和可靠性,在各种卫星和深空探测器上大量应用,且朝更宽泛功率的方向发展。蓬勃发展的微小卫星对微小推力、小质量、低功耗的微推进提出了迫切需求。无毒化学推进、太阳帆推进、核推进等新型推进技术正在加紧研制或进行空间飞行试验。首先综述国外卫星和深空探测器等航天器的各类空间推进技术应用和研究现状,然后分析其发展趋势,最后提出对我国空间推进技术的发展建议。