空间核反应堆电源研究进展

随着航空航天领域对能源需求的不断扩大,核能的空间应用迎来了新的发展高潮。本文针对空间核反应堆技术的发展现状进行综述,重点关注了空间核反应堆与静态能量转换、动态能量转换技术结合供电的研究进展,总结分析了空间核反应堆电源技术的发展特点,并指出未来发展中需要重点关注的内容,为未来空间核反应堆电源的发展提供指导。     

核反应堆空间应用研究

对美国、俄罗斯等国家的核反应堆空间应用进行了研究。其中包括:美国最早研究的SNAP-8系列,可提供多种组合输出的SP-100布雷顿能量系统,应用于火星表面的核反应堆MSR系统等;俄罗斯和日本在月球表面或火星表面应用的核反应堆。重点对空间核反应堆的堆型、堆芯冷却方式、热电转换方式、废热排放方式、辐射屏蔽模式等进行比对分析。结合月球基地能源系统的应用背景,对实现核反应堆空间应用需要解决的关键技术进行了分析,如发射安全技术、无人自主管理技术、空间低重力环境适应性及辐射防护技术等,可为我国未来空间探测任务的能源系统研究提供借鉴和参考。     

400kW空间堆布雷顿循环系统运行特性分析

针对百千瓦级大功率航天任务需求,基于Simulink平台开展空间核反应堆直接布雷顿循环系统特性分析研究.根据直接布雷顿循环反应堆系统设计方案,通过对系统中各个关键设备的模块化建模,开发反应堆系统一维系统分析程序,实现了反应堆系统稳态及动态响应特性分析.重点分析了稳态特性、阶跃引入反应性、反应堆升功率和持续步进引入反应性...     

美再次向俄购买空间核反应堆

美国白宫于1993年9月3日批准了国防部再从俄罗斯购买4个总价值2000万美元的黄玉2空间核反应堆的请求。早在1992年5月,美国曾以1300万美元的价格从俄购买了两个黄玉2反应堆并利用新墨西哥大学的设备进行无燃料试验。据美国防部官员说,美国购买黄玉2反应堆的目的是从中获得制造可为美国侦察卫星和其他航天器提供40千瓦电源系统所需的技术。美国在     

空间核动力技术概览与发展脉络初探

在概略介绍现有技术方案基础上,初步探讨空间核动力技术的发展脉络,并分析其未来发展方向.基于固体核反应堆的空间核电源、核电推进及核热推进,是经过试验验证可行、具有一定技术基础并可预期实现空间应用的空间核动力技术.更先进的概念方案包括:基于气体核反应堆的核电源/核热推进、脉冲核爆推进、核裂变碎片推进等,它们的性能逐代跨越直至逼近理论极限.要充分利用核能的潜力,一方面需要提高单位质量核燃料的核能释放率,另一方面也需要减少核反应产物动能转换为无轨热运动的比率.核能潜力的充分利用需要以增加系统质量为代价.为满足未来宽广的空间任务需求,多物理机制驱动的大深度变工况一体化核能空间动力系统是未来必然发展趋势.     

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...     

小型核反应堆自主控制及其深空探测应用设想

针对空间小型模块化核反应堆的自主控制问题，提出自主控制体系结构，降低反应堆控制对人的依赖程度，满足了深空探测任务对空间堆自主控制的需求。首先介绍了核反应堆自主控制技术和空间探测自主技术的发展现状，分析了空间小型堆的自主控制需求，然后阐释了自主控制及核反应堆近自主控制的内涵。最后基于空间堆的运行特点，给出小型堆近自主控制分层体系结构的组成元素，并进一步建立了融合决策层和功能层的小型堆多智能体自主控制体系结构。     

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。     

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。     

兆瓦级探月火箭空间核电源系统设计与性能研究

针对目前空间核电源在深空探测领域功率不足的问题，结合热离子热电转换空间核电源和碱金属热电转换空间核电源的发电方式，提出一种新型空间核电源。计算堆芯有效增殖因子、功率峰值因子、冷却剂空泡系数和停堆深度等安全性参数，并通过分析接收极功函数和碱金属热电转换系统电流密度等性能参数。之后，对比耦合发电系统与原热离子热电转换空间核电源和碱金属热电转换空间核电源的效率，发现新型耦合发电系统发电效率分别较另两种发电系统提高约6％和约10％。最后建立动态模型进行分析，确保核电源可以稳定运行，为大功率核电源设计提供理论依据。     

离子推力器热真空试验研究

为了验证离子推力器的空间环境适应性,对离子推力器进行了热真空试验研究,确定了热真空试验的温度。试验结果表明:离子推力器在热真空环境中,启动和工作正常,性能稳定,满足空间环境要求。     

用于拦截的核火箭枪

美国西屋汉福特公司根据星球大战计划,研制一种核能火箭枪,用于拦截敌人导弹.它包括小核反应堆与液氢火箭.反应堆发出足够的热能使火箭产生高速.与其它动能防御系统相比,核火箭有四个优点:(1)反应堆工作时间短,因此安全可靠.当火箭发出后,反应堆自动停止工作.(2)核能直接转换为热能,不需用电.(3)由于液氢推进剂重量极     

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。     

空间用液态金属传热式斯特林发电机换热结构研究

随着对太空的探索逐渐深入,核动力电源的优势日益凸显.针对空间核动力电源中的斯特林循环,本文设计1 台10 kW 的空间用液态钠钾传热式斯特林发电机组,发电机的高温端钠钾换热流道采用直肋式结构,并对换热结构进行优化研究.首先对斯特林发电机的热力学性能进行计算,在此基础上开展斯特林发电机组高温端换热器换热性能分析,得出72...     

氙离子火箭发动机配电调节分系统的时序控制

从理论和实验两个方面对直径９ｃｍ氙离子火箭发动机配电及控制系统进行了研究，并设计出以８０３１单片机为核心组成的微机实时监控系统．为了减少加热电源和阴极本身的热冲击，阴极电源分五档位制；考虑到束流电源的瞬变特性，为避免对发动机和电源产生不利的影响，采用了慢起动特性；对子在发动机工作过程中有时出现的过载、灭弧、高压打火或短路等现象，能及时发现并作出实时处理和控制。     

空间飞行器总体技术学术交流会文集目录

序号单泣作者彭成荣堵桂扩{王景泉 陈月恨施伟磺,陈药力.砖伟民郭健,谷良贤舒伟民杨维廉罗刚桥10l1 论文题目航天器总体技术大型通信卫星平台技术发展研究展望21}}上纪的航天技术21世纪初国外卫星技术及应旧的发展趋势与启示主模型技术与卫星总体C八D集成设汁星载合成孔径雷达的未来展望多学科优化设计技术在空间飞行器总体优化的应用风云一号C星及其应用“资源一号”卫星轨道:理论与实践近地卫星避免在轨碰撞的轨道tjL动控制策略近地准圆轨道卫星的轨道机动小卫星编队飞行构形参数有设计一颗低成本的大学卫星新型空间电源(热离子核电源)…     

氙离子火箭发动机配电调节分系统的时序控制

本文从理论和实验两个方面对氙离子火箭发动机配电及控制系统进行了研究，并设计出以８０３１单片机为核心组成的微机实时监控系统。设计中，为了减少加热电源和阴极本身的热冲击，阴极电源分五档控制；考虑到束流电源的瞬变特性，为避免对发动机和电源产生不利的影响，采用了慢起动特性；对于在发动机工作过程中有时出现的过载、灭弧、高压打火或短路等现象，可以及时地发现并作出实时的处理和控制。     

用于小行星探测的离子电推进屏栅电源拓扑研究

为了满足小行星探测中离子电推进多工作点调节的需求,将离子电推进电源处理单元(PPU)屏栅电源的拓扑结构作为研究对象,介绍了国内外屏栅电源的现状与应用场合,分析了各个屏栅电源拓扑结构的特点,最后得出了LLC拓扑可以满足任务要求。通过对LLC拓扑的工作特性分析,提出了一种简化的时域增益曲线模型,以适应宽范围输入的要求。结合目前对于LLC拓扑的研究,提出数字化控制方式、三电平谐振变换器和混合控制3方面的技术展望,可为今后研制高效率、轻质量的离子电推进PPU屏栅电源提供技术参考。     

新能源新技术新思路

本文介绍当前国内外空间电源的新技术,包括先进的光生伏打太阳电池、先进的太阳电池阵、太阳动力源、核电源;先进的蓄电池组、飞轮、电容以及先进的功率管理和分配单元。说明研究空间电源的新思路,分析我国空间电源的研究现状并提出建议。     

空间斯特林热电转换技术在轨试验

为提高空间同位素电源的效率和功率,满足深空探测、载人登月和火星登陆等航天任务对航天器能源的需求,梳理了空间自由活塞斯特林热电转换涉及的关键技术,设计了天宫空间站空间自由活塞斯特林热电转换装置的在轨试验方案,在轨开展了斯特林热电转换试验,验证了空间微重力环境下双活塞自由运动的间隙密封、双活塞相位保持等关键技术,获取了空间环境下双自由活塞精确的运动相位保持及漂移特性、动力学与热力学强耦合特性等关键参数。在轨试验结果表明,试验装置在轨运行性能良好,热电转换效率达到24.72%,为未来空间高效同位素电源等不依赖太阳能的能源技术应用奠定了基础。