空间核动力在深空探测中的应用及发展综述

在概要介绍空间核动力发展历程的基础上,总结了同位素热/电源、核反应堆电源、核推进在深空探测领域的应用情况和相关发展情况,并讨论了空间核动力的安全问题。对未来空间核动力在深空探测中应用面临的技术问题进行了展望。     

核动力深空探测器现状及发展研究

深空探测中,由于无法使用太阳能或者太阳能的利用效率太低,需要使用空间核电源。当前用于月球表面、火星表面、木星及以远的飞行任务中的核动力深空探测器,均利用的同位素核源衰变能,包括同位素热源用于温度控制和采用温差发电用于供电。研究中的深空探测核动力应用包括月球基地、载人火星飞行、无人探测、使用核反应堆裂变能等。空间裂变电源的反应堆包括液态金属冷却堆和气冷堆两种方式,前者支持温差、斯特林和布雷顿发电,后者支持布雷顿和磁流体发电。近期开始探索研究核聚变深空探测器。纵观核动力深空探测器的发展历程,同位素电源依然在深空探测中发挥着重要作用,大功率空间核电源结合电推进将成为未来深空探测的重要关注方向。     

美国空间核动力斯特林电源系统技术发展分析

正随着航天技术的不断发展,世界各航天大国均加快了远距离航天任务的规划与部署,这些航天任务航行距离远、持续时间长,所处空间环境恶劣,需要使用空间核动力供电系统。空间核动力斯特林电源系统是一种采用动态斯特林热电能量转换技术的核动力电源系统,主要由核热源、活塞式斯特林发电器和控制器等部件组成,具有长寿命、高功率、高热电转换效率、组合方式灵活等优点,在深空探测、星表登陆等航天任务的供电需求中具有较高的发展潜力和竞争力。目前,仅美国开展过大量的空间核动力斯特林电源系统的设计与技术研究工作,其最早的研发工作可追溯到20世纪70年代,已取得大量的阶段性成果。     

核动力航天器总体设计研究

研制核动力航天器是最有希望实现更远深空探测的可靠技术途径。针对目前国内在核动力航天器总体设计方面存在研制规范欠缺、研制经验空白的形势,借鉴国外研制核动力航天器的成功经验,结合现有标准规范、一般航天器总体设计方法,提出了研制核动力航天器时,对工程总体、航天器总体进行设计的要点。特别是,针对空间核动力源及其安全防护,从核动力源设计、核安全设计两个方面,提出了关注要点和解决措施。本文的研究工作可以用于指导空间核动力航天器的研发和应用。     

美国准备购买苏联的空间核电源

一家由美国战略防御办公室牵头组成的集团,计划购买苏联的“托帕斯2”型空间核电源系统,这一行动将为苏联先进空间技术在美国开辟一个广阔的市场。美国能源部、宇航局和空军的官员都希望通过吸收消化苏联的部分先进技术来促进美国空间核电源计划的发展。苏联原子能研究院的一位科学家说,苏联出售这类高技术产品的一个原因就是换取美元硬通货,以缓解目前的经济困境。苏联有可能向美国大量出售类似“托帕斯”的空间核电源,这类电源可用于商业通信卫星、导航卫星等。核电源也有极其重要的军事价值,例如用于军事侦察、军备控制监视等。如果没有核电源,     

国外空间核动力源安全管理机制探析及其启示——基于国外政府层面的相关经验

正联合国和平利用外层空间委员会(COPUOS,简称联合国外空委)与国际原子能机构于2009年联合出台了《外层空间核动力源应用安全框架(简称《安全框架》),该文件旨在促进各国空间核动力源的安全应用~([1])。我国的空间核动力源应用处于起步阶段,虽然已在嫦娥三号、四号任务中尝试执行了《安全框架》的相关条款,但仍未建立长效的国家空间核动力源安全管理机制。本文将参照美国、俄罗斯、阿根廷及欧洲航天局(ESA)在执行《安全框架》方面的经验,以期提出适用于我国构建空间核动力源安全管理机制的建议。     

空间核动力的现状和发展

众所周知,美苏两国都发射核动力卫星。迄今为止,美国已经发射了十几颗这类卫星,苏联发射的更多,令人瞩目。今后两国仍将继续发射这种卫星。一、核动力装置的优点空间核动力具有许多太阳电池无法相比的优点,它体积小、重量轻、寿命长、可靠性高……。核动力所具有的优点很适合星际探测器使用。比如,美国前几年发射的旅行者卫星,要完成探测木星及土星的基本任务,需要有恒定的电力供应。而土星,木星及更远的星际区域太阳辐射通量低,若用太阳电     

美载人月球/火星探测核动力火箭方案

美航宇局(NASA)刘易斯研究中心公布了该中心技术小组研讨的载人月球、火星探测用核动力航天器的概要。该中心对它过去的核热动力法作了更为深入的研究,因此,这一研究方案得到了NASA本部、约翰逊空间中心以及担任空间探测研究局局长M.格里芬等的高度评价。 1.舱体结构是一个可重复使用的系统刘易斯研究中心研讨的航天器,使用了推力为0.33MN核热推进发动机,舱体结构是一个完全重复使用型的系统。点径10m、长约50m的重复使用型月球探测器不仅可用     

外空法律委员会第三十二届会议简况

<正> 联合国外空法律委员会第三十二届会议于1993年3月22日至4月8日在纽约联合国总部召开。会议主要有三项议题。1.外空使用核动力源原则问题目前有能力在外空使用核动力源的国家只有美国和俄罗斯。俄罗斯国力已远不能与美国竞争,因而形成美国独霸的局面。美国去年被迫同意通过关于外空使用核动力源的原则,但     

空间核能源应用的安全性设计、分析和评价

针对核动力航天器应用中的安全性问题,调研了国际上涉及空间核安全的规章制度,并结合美国和俄罗斯在空间核安全设计、分析、评价等方面的成功经验和做法,提炼出了在空间核安全设计、管理等方面的有关要点,可以用于指导国内空间核动力航天器的研发和应用。     

美载人月球／火星探测核动力火箭方案

美航宇局(NASA)刘易斯研究中心公布了该中心技术小组研讨的载人月球、火星探测用核动力航天器的概要。该中心对它过去的核热动力法作了更为深入的研究,因此,这一研究方案得到了NASA本部、约翰逊空间中心以及担任空间探测研究局局长M.格里芬等的高度评价。 1.舱体结构是一个可重复使用的系统刘易斯研究中心研讨的航天器,使用了推力为0.33MN核热推进发动机,舱体结构是一个完全重复使用型的系统。直径10m、长约50m的重复使用型月球探测器不仅可用于月球探测,而且可用于火星探测。作为往返于月球的航天器,在轨道器上装配有月球着陆舱,可搭乘航天员和搭载补给物资,往     

空间探测用半导体温差发电系统

核热半导体温差发电器是目前空间探测器常用的电源系统,特别是对于那些远离太阳的空间探测器,这种装置是目前唯一实用的供电系统。它作为空间探测器不可缺少的关键部分,以及在可以预见的未来空间探测中起着的重要作用,一直是美国航空航天局(NASA)空间计划中的一个重要研究项目。文章将介绍这种电源系统的基本结构、主要特点及其应用。     

美国在研制空间核反应堆

前不久,又一颗苏联核动力海洋监视卫星,宇宙-1402发生故障再入大气层,引起全世界惶惶不安。宇宙-954是苏联第一颗坠落的核动力卫星,其反应堆的放射性碎片散落在加拿大北部的国土上。卫星中的核燃料U-235本身并不十分危险,但其副产品锶、铯和铈却是潜在的致命物质。由于当时在加拿大没有造成任何重大伤亡,所以从此后,联合国就允许在空间使用采取了适当措施的核反应堆。这就无形中为空间大国使用空间核反应堆开了绿灯。     

法国决定研制天基核动力发电机

法国决定研制一种在空间应用的核动力发电机,以便在21世纪初用于轨道运输车、太空站、天基雷达或者轨道望远镜。埃拉托(Erato)基线发电机使用了4台布雷顿循环交流发电机作为能量转换分系统以及一台规格100平方米的极大型辐射计。国家空间研究中心和原子能委员会已从1982年着手进行电极的研究。机器尚未生产出来。     

空间核动力源的安全性研究进展

同位素热/电源以及空间核反应堆在深空探测任务中有重要应用。通过调研其技术特点以及国际上针对核能空间应用安全性的相关规范,研究了其空间安全性规范的法律法规。以ALRH(Apollo Lunar Radiosotope Heater,阿波罗月球任务同位素热源)、GPHS(General Purpose Heater Source,通用型热源)、LWRHU(Lighted Weighted Radiosotope Heater Unit,轻量放射性同位素热源)、MMRTG(Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator,多任务型放射性同位素电源)等同位素热/电源及俄罗斯热离子空间反应堆电源(TOPAZ-II型号)为例,结合美俄开展的同位素热/电源的系列安全性试验,重点关注了不同型号的试验及分析技术细节,并分析了同位素热/电源的空间应用安全评价方法,可为开展相关研发提供技术参考。     

太空核推进技术引领深空探索动力变革

<正>当前,全球太空探索进入大发展时代,飞得更快、飞得更远成为航天大国追求的更高目标。核动力火箭具有功率高、比冲大、工作时间长等特点,十分契合深空探索、深空运输等任务需求,是未来太空运输技术发展的重要方向之一。美国国家航空航天局（NASA）副首席技术官大卫·施泰茨曾表示,为实现人类火星任务,美国应创建国家太空核推进实验室,开发太空核推进这一将改变太空旅行游戏规则的关键技术。     

热离子辐射型空间核电源的在轨试验飞行

空间核电源的产生不是偶然的 ,它是发展航天技术的需要。在航天技术发展的初期 ,几乎所有国家的第 1颗人造地球卫星均采用了原导弹武器使用的电源——银锌电池。银锌电池的主要优点是它的性能稳定、可靠性高。然而它有不足之处 ,即存在比能量低、一次性使用等问题。随后发展了太阳能电池 ,研制了各种各样的太阳电池系统 ,它已成为空间技术中的支撑性电源。但是 ,太阳电池系统的主要缺点是 :随着所需功率的增大 ,其布片面积将成正比地直线上升 ;脱离开阳光无法工作 ,在非日照区不得不再次求助于化学蓄电池 ,以保障航天器的不间断工作 ,而储能…     

天基连续毫米波空间碎片探测雷达方案设想

<正>1空间碎片的尺寸和分布特性空间碎片是指除正常工作的航天器外所有在轨的人造物体,包括失效载荷、火箭残骸、操作性碎片、由爆炸和碰撞产生的残碎片、固体火箭的燃烧剩余物、核动力卫星泄露的冷却剂以及航天器老化而脱落的表面材料和组件等。据统计,目前已经有约6000t太空垃圾在绕地球飞速运转。目前能够编目跟踪的尺寸在10cm以上的空间碎片约有1.8万个,1~10cm以下的空间碎片据估计有70万个。     

谈谈核火箭太空船

英国《泰晤士报》1月18日报道，美国总统布什已经批准国家航宇局研制核动力飞船，这种太空船能够在两个月内从地球抵达火星。这就是说，科幻小说中描写的用核动的梦想，不久的将来即可成真。     

空间同位素热/电源安全性技术指标体系框架研究

基于我国空间同位素热/电源使用环境特点,借鉴国外空间同热/电源安全认证的研究成果,通过对空间同位素热/电源应用环境剖面的分析,开展了空间同位素热/电源安全技术指标体系框架研究,建立了覆盖同位素热/电源产品研制、地面贮存/运输、发射准备、发射、在轨运行及废弃处置等全生命周期的正常和事故环境下的安全性技术指标体系,提出四大类型29项可考核技术指标,可作为空间同位素热/电源研制和安全性使用评价工作的主要依据,为解决我国使用空间同位素热/电源缺乏安全认证体系和安全性验证技术指标问题提供参考。