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。     

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。     

我国空间推进技术研究现状及发展

空间推进是航天器实现轨道机动和姿态控制的动力源.经过60多年的发展,我国在空间推进方面逐步掌握了化学推进、电推进、在轨补加等一系列关键技术,实现了从常规有毒向新型无毒的转变,以及从化学能推进向更高能量密度推进的升级,形成了型谱化空间推进产品,并成功应用于我国运载火箭、载人航天、人造卫星、深空探测、空间防务等领域,支撑了...     

空间电推进应用及技术发展趋势

充分调研分析了国外空间电推进技术及典型应用情况,详细介绍了电推进在GEO卫星位置保持和轨道转移、深空探测主推进、中低轨道航天器无拖曳控制与高精度姿态控制、空间太阳能电站轨道维持等领域的空间应用情况。对电推进在国内不同领域的应用需求进行了分析,包括GEO卫星位置保持和全电推进、近地小行星探测等深空探测主推进、低轨航天器无拖曳控制和轨道维持、(超)低轨小卫星编队飞行及(微)小卫星精确轨道控制和空间太阳能电站轨道维持等任务。电推进技术正朝着高功率、大推力、低功率、微小推力、宽功率范围推力连续可调、高比冲、长寿命和多模式方向发展。针对电推进在不同应用领域的需求及电推进技术发展方向,提出了我国未来20年拟开展的电推进技术研究项目。     

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。     

电推进在深空探测主推进中的应用及发展趋势

随着太阳能电池阵列电功率的不断增长,高比冲电推进在深空探测主推进任务中的应用成为现实,且有明显增加趋势。在我国实施两次月球探测任务之后,深空探测将成为我国航天领域的重要组成部分。从20世纪90年代末开始,美国、日本和欧洲相继发射了四个由电推进执行主推进的深空探测器-深空一号探测器、隼鸟号小行星探测器、智慧一号月球探测器和黎明号小行星探测器,极大地提升了深空进入能力,且获得了很多科学数据。本文分析深空探测主推进对电推进的需求,对电推进在深空探测主推进任务中的应用现状进行综述,分析关键技术和发展趋势,为我国深空探测推进技术发展提供参考。     

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。     

深空探测对航天器热控技术的推动

工程热物理学广泛应用于航天领域,一方面解决了具体航天工程问题,另一方面逐步发展成为交叉学科——空间热物理。随着我国在深空探测领域不断拓展,以深空探测器研制中的工程热物理问题为需求背景,推动着航天器热控制技术、防热技术等取得新的发展。文章在介绍深空探测器技术体系的基础上,分析了热设计、热分析、热试验、热控硬件、防热等方面的技术进步,并就深空探测领域进一步拓展对工程热物理发展的牵引进行了展望,分析了工程热物理学与航天技术间相互促进、相互推动的关系。     

21世纪NASA深空探测的发展计划

进入21世纪后,美国航空航天局(NASA)曾于2003年重新制定了"技术转换"的深空探测发展战略,提出了"普罗米修斯计划"、"综合空间运输计划"和"空间推进计划"等一系列有关空间探测与科学研究的计划.     

空间光学发展现状和未来发展

文章综述了空间光学在空间天文、深空探测及对地观测等领域的发展现状,介绍了空间光学的未来发展动态,分析了空间光学的技术需求,最后提出了中国空间光学的发展建议。     

深空粉尘环境探测技术综述

空间粉尘携带了跨越时间和空间的大量信息,从星系起源到行星系演化,甚至携带了生命起源的基本物质。空间粉尘环境一方面给人类提供了了解深空环境的媒介,另一方面也对人类空间行为产生影响。随着科学载荷技术的发展,粉尘环境探测器能力也逐渐由单纯记录事件向记录粉尘物化特征扩展。文章综述了目前已经开展的空间粉尘环境探测项目,并以高速撞击效应为切入点讨论了以光学、应力及声波、电学测量、原位捕获与返回检测等技术手段为主的空间粉尘探测技术,指出未来随着深空探测项目的开展和探测对象的扩大,空间粉尘环境探测需求会推动具有复合功能、低质量功耗、高精度的探测技术进一步发展。     

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。     

国外深空探测推进技术发展及启示

推进系统为探测器的飞行提供所需的控制力和控制力矩,一定程度上决定了探测器的规模、最远飞行距离,乃至任务的成败,是探测器的重要分系统之一。为满足不同的深空探测任务需求,国外发展了多种形式的推进技术,但总体上仍以化学推进为主,部分采用了电推进系统,并在发展高性能低温推进技术等。对国外典型探测器推进系统进行了叙述,分析了其技术特点和发展趋势,并分别针对无人探测和载人探测应用探讨了对我国开展深空探测推进技术研究的启示。     

未来的深空探测与空间环境模拟

文章介绍了国内外有代表性的深空探测计划的内容、特点和意义,包括:欧空局的Exo Mars火星车、美国"2020火星车"以及中国的2020火星探测计划;金星着陆探测进展情况;欧空局木星系统探测计划"木星冰月亮探索者(JUICE)"和美国的"木卫二飞越任务(Europa Clipper)";"蜻蜓号(Dragonfly)"土卫六探测项目;美国的"彗星天体生物学探索取样返回(CAESAR)"项目;月球探测计划等。还分析了未来深空探测对空间环境模拟的具体要求,空间环境模拟对推动深空探测发展的重要意义;提出了对我国未来开展空间环境模拟试验的建议。     

霍尔电推进技术的发展与应用

霍尔电推进具有推力密度大、推力功率比大、比冲高及系统可靠等优点,在20世纪60~70年代突破关键技术、完成空间试验后,在俄、美、欧等航天器上获得大量应用,执行位置保持、轨道转移、轨道调整和深空探测主推进等任务。目前,100 W级到5 k W级功率的霍尔推力器已经实现在轨应用,100 k W功率的霍尔推力器已在研制中。针对未来载人深空探测、GEO卫星、低轨和超低轨卫星及轨道机动飞行器等任务需求,霍尔电推进朝着更大功率包络,更强多模式调节能力,更高性能,更长寿命及推进剂多样化等方向发展。在分析霍尔电推进技术特点和适用任务后,对国内外霍尔电推进技术的发展现状、任务应用等进行了综述,最后对霍尔电推进的发展趋势进行了展望。     

基于氢化镁的核电/核热双模共质空间核动力技术

针对未来空间任务对能源和动力日益提高的需求,提出了基于氢化镁的核电核热双模共质空间核动力技术。该技术以一种储氢密度高、热稳定性较好,能够以常温常压储存的氢化镁作为工质,通过核能加热后氢化镁分解成为核热推进可用的高压氢气和电推进可用的单质镁,并结合高效动态热电转换系统,形成大功率核电源、大功率超高比冲核电推进、高比冲氢气核热推进以及大推力镁核热推进多种工作模式。基于氢化镁的多模共质空间核动力技术解决了低温推进剂、气态工质在空间应用时的存储安全性和存储密度低的问题,其具备的多种工作模式能够针对不同任务需求提供相应的能源或者动力输出,提高核动力飞行器任务能力。     

空间高速数据传输技术新进展

文章介绍了空间高速数据传输技术的发展动向,重点分析了遥感卫星、中继卫星、通信卫星和深空探测的高速数据传输技术动向。最后分析了空间激光高速数据传输技术的研究进展,并从未来技术发展和需求的角度提出了一些建议。     

国际深空探测技术的发展现状及展望(下)

二、深空探测技术的发展现状与趋势１、发展现状随着人类空间探测活动范围的扩大及探测任务进一步趋于多样化，深空探测的新型推进技术、探测器智能自主技术、新型传感器和载荷技术、测控与通信技术等都得到了长足的发展，并在深空探测活动中发挥了重要作用；有的还正在进一步研发，将列入今后的深空探测计划去实际应用。（１）电推进与核推进技术对于深空探测来说，找到快速、高效的推进方式是很重要的。由于传统火箭并不适用于更深一层的宇宙探测，深空探测中的电推进和核推进技术的研发及其应用已引起航天大国的高度重视。由于电推进具有…     

基于首席专家制的国外深空探测任务管理模式研究(上)

<正>深空探测是一项高风险、高投资的航天工程,各国通常采用自上而下的方式进行集中管理。这种管理模式已实施50多年,对推动各国深空探测任务的发展起到了积极的作用。尤其是在集中有效地调动国家优势资源,攻克重大关键技术方面体现出了它的优越性。因此,在深空探测领域,世界航天大国无一例外地采用这种自上而下的统一的核心任务管理模式,并且它也还将继续成为各国深空探测的主流管理模式。然而,随着深空探测技术的不断发展,在已经突破并掌握了深空自主导航、深空通信、EDL     

深空探测激光通信技术发展研究

对美国深空探测活动中应用的激光通信技术进行了总结,说明当前深空光端机正向着更加集成化、轻型化和多功能化的方向发展;重点对深空激光通信中的捕获跟踪瞄准、接收和调制等关键技术进行了分析;针对中国激光通信的发展和应用提出了建议,如突破激光器和高速率调制器等关键技术,深入研究新型编码算法等。