放射性同位素热源/电源在航天任务中的应用

综述了放射性同位素热源/电源(RHU/RTG)在美国、苏联/俄罗斯航天任务中的应用情况。其中包括:美国首次作为空间飞行辅助电源的SNAP-3BRTG,首次作为卫星主电源的SNAP-9ARTG,首个满足空间安全性的SNAP-19B RTG,首个采用模块化设计的通用热源(GPHS);苏联/俄罗斯首次在空间应用的210 Po RTG和应用于火星探测的238 Pu RTG;美国和苏联/俄罗斯发生的6次航天应用意外事件及其影响。概述了国际上空间核安全政策与措施,可为中国月球探测工程核能源的应用提供参考。     

重返月球

自美国阿波罗载人登月计划对月球20％的表面进行物理特征测绘后,随着火星观测计划的成功,美国航宇局（NASA）产生了希望对月球其余80％表面的物理特征进行测绘的想法。 借助火星观测计划,NASA可以重温旧梦,即建造两艘宇宙飞船,分别对火星和月球进行探测。若是预定1992年发射的第一颗火星观测宇宙飞船成功了,     

月球（火星）中子（水冰）探测仪初步方案研究

中子（水冰）探测仪在月球、火星和太阳系其它天体的水冰存在和含量分布的探测中有重要应用。文章主要介绍了美国、俄罗斯等国在月球、火星水冰探测中的中子探测仪的使用情况和探测结果,以及搭载于奥德赛（Odyssey）火星探测器上的中子谱仪、高能中子探测仪和＂月球勘测轨道器＂（LRO）上的月球勘测中子探测仪、计划搭载于美国＂火星科学实验室＂（MSL）上的中子反射动能测量仪的主要原理。最后提出了我国的一种中子探测仪的初步方案设想。     

国外载人航天未来发展分析

未来载人航天发展的重点将围绕国际空间站进行空间科学实验与应用,同时积极开展以月球探测和火星探测为核心的深空探索活动。目前,美国、欧空局、俄罗斯、日本和印度都制定了深空探索计划。国外载人航天的发展将在空间往返运输器领域展开新一轮竞争与合作。预计美国凭着强大的技术力量、经济投入和决心将主导载人航天的未来发展趋势。     

日本长期载入航天生态实验装置

当前，随着载人航天技术的不断进步和人类生存危机的日益加深，向地外寻求生存空间已是必由之路。由于目前比较看好的地外星球是月球和火星，美国、俄罗斯和欧空局已经建立了各种类型的大型地面模拟基地，为最终建成月球或火星基地做准备。日本这样一个经济发达、技术先进但资源匮乏的国家，自然不甘落后，正积极准备向地外扩张，企图建立自己的空间殖民地。要尽早实现这一愿望，针对人的生命保障系统的建立必须先行。因此，12年前日本就开始筹划建立自己的月球／火星基地地面模拟实验系统——密闭生态实装置（CEEF）。它由日本在环境科学…     

日本长期载人航天生态实验装置

当前,随着载人航天技术的不断进步和人类生存危机的日益加深,向地外寻求生存空间已是必由之路。由于目前比较看好的地外星球是月球和火星,美国、俄罗斯和欧空局已经建立了各种类型的大型地面模拟基地,为最终建成月球或火星基地做准备。日本这样一个经济发达、技术先进但资源匮乏的国家,自然不甘落后,正积极准备向地外扩张,企图建立自己的空间殖民地。要尽早实现这一愿望,针对人的生命保障系统的建立必须先行。因此,12年前日本就开始筹划建立自己的月球/火星基地地面模拟实验系统——密闭生态实验装置(CEEF)。它由日本环境科学研究院下属的CEEF国际委员会负责筹划、施工、运作和管理。GEEF经历了方案筹划(1988年)、方案确定(1993年)、施工修建(1994年)和完工验收(1998年)等四个阶段。这一实验装置位于日本北部青藤省的洛卡石村,其目的在于:(1)研究放射物与环境之间的关系;(2)了解人工生态系统中物质流对周围环境的影响;(3)作为一试验平台,了解在如月球或火星基地等如此完全密闭的空间中,其生保机制和物质循环机制对密闭空间中主导环境因子的效应。本文就其最新研究进展作一简要介绍。     

一种综合式载人月球基地总体方案及建造规划设想

构建载人月球基地是实现对月球资源深度开发和利用的重要手段之一,文章提出了刚性舱、刚性＋柔性结构以及建造式等三种典型结构的载人月球基地方案,并对三种典型方案的优缺点进行对比分析,在此基础上提出了一种综合式载人月球基地方案设想,基地内部主体创新性地采用充气式柔性连接的方式,外部主体包括月壤防护层、植物密封舱和应急救生飞船,活动系统包括月球车和月球机器人。围绕该方案并结合文章提出的载人月球基地主要技术指标,并对载人月球基地选址、结构设计和构建、空间辐射防护、热管理、能源、通信与导航、生命保障和应急救生技术等关键技术方案进行了分析,为中国未来建设载人月球基地提供了参考。     

适于先进航天服扩展性能测试的中性浮力技术

介绍 航天服设计是一个不断发展的领域，其目的是进一步提高航天员在太空或行星表面上的工作能力。随着与国际空间站（ISS）有关的舱外活动（EVA）大量增加，为改进美国航天飞机舱外活动装备（EMU）和俄罗斯“奥兰”航天服提供了一个持续不断的推动力。同样，火星载人飞行和重返月球任务提供了研发先进航天服系统的契机。     

SDIO计划使用俄罗斯的Topaz 2反应堆

美战略防御计划局(SDIO)计划在1995年9月发射一颗以俄罗斯的黄玉(Topaz 2)核反应堆为动力的科学卫星,其整个研制计划和发射费用不到1.5亿美元。如果获得成功,这一计划将证明Topaz 2核反应堆能够提供一种安全、可靠且成本低的空间能源。 目前要做的工作是对这个核反应堆做某些改进,以满足美国严格的安全要求。     

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。     

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。     

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。     

空间核反应堆安全分析

空间核反应堆是空间能源的重要候选方案,其寿命长、功率大、结构紧凑,但其特有的中子学特性、与传统快堆迥异的设计方案对堆芯安全分析提出了挑战。本文以热管型空间堆为例,首先基于蒙特卡洛方法对空间堆在水淹和沙埋事故工况下,进行了稳态中子学计算分析,结果表明:堆芯在事故工况下不会重返临界。同时,基于瞬态多物理分析程序TMACS,进行了单根控制鼓旋转瞬态过程计算。结果表明:空间堆在热工反馈和热膨胀反馈的多物理耦合下,在特定的瞬态过程中能够保持功率稳定,满足安全要求。     

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。     

美军天基通用数据链分析

高技术条件下的现代战争，作战样式已经发展到由指挥控制系统、侦察监视系统、联合火力打击系统等各种系统构成的作战体系的对抗，战场中能否获取信息优势将决定战争的成败。在介绍美军数据链发展历程和通用宽带数据链发展概况的基础上，着重分析了美军天基通用数据链的前期技术验证情况和未来实战应用模式，以期对开展相关领域论证研究具有一定的参考意义。     

航天微系统技术综述

航天微系统技术包括专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、单片微波集成电路(MMIC)、混合集成电路(HIC)等微电子技术和微机电系统(MEMS)。文章介绍了这几种技术的特点、发展现状,以及在航天中的应用情况和应用前景。ASIC与SoC技术可显著提高电子系统的集成度和性能,已在航天中得到广泛应用。MMIC技术可用于航天器通信载荷和平台的射频通信部件,已在欧美航天器中大量应用,目前正朝高频段发展。HIC主要包括厚膜HIC和薄膜HIC,特别适于功率器件和微波器件的集成,目前国外已有大量产品用于航天,如"国际空间站"(ISS)。MEMS技术可用于航天器导航、热控、推进、光学遥感与通信等系统,甚至可对航天器设计方法产生重要影响,但目前还处于起步阶段。在以上技术领域,我国虽已开展了一些研究,但与国外相比还存在较大差距。文章针对航天微系统技术的产业布局、发展方式等提出了建议,可为我国的发展规划和战略决策提供参考。     

Promotion and Application Prospects of Disruptive Technology in Future Development of Space Industry

Space is a high-tech field integrating materials,electronic information,manufacture,energy,medicine and other disciplines.A number of disruptive technologies in various fields will have an important influence in areas such as space industry,scientific research on space and even military space.This article focuses on disruptive technologies exerting enormous influence in the space field based on the qualitative and quantitative research of disruptive technologies.The research and application for disruptive space technology is expected to greatly improve the efficiency of space system,significantly reducing research cost,and to promote a great improvement of space technology level.     

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。     

Compact high-voltage accelerators of charged particles in space experiments

Some general problems of design and application of compact devices for the generation of pulse electric fields at a megavolt range in space experiments are discussed. The prospect of various applications of powerful electron beams for active diagnostics of upper layers of atmosphere, radiation belts and the earth's magnetic field is also reviewed. The proposed development of powerful impulsive devices is dictated by limitations of energy resources in spacecraft together with a need to get a good signal-to-noise ratio for reliable data recording. Compact devices which directly transform electric energy of a low-voltage source (solar batteries, chemical elements, nuclear reactor, etc.), into the energy of a megavolt charge particle beam of high impulsive power appear as reliable means for satisfying these requirements. In this paper, the basic practical schemes of energy transformation procedures are considered and the optimal operation parameters of high-voltage storage and transformer systems are discussed. Proper application of combined high-voltage insulation techniques result in the development of experimental models of heavy-current electron beam accelerators capable of generating beams of 300–500 kV, 3–5 kA, with a pulse duration of 15 × 10⁻⁹ sec at a frequency of 10 Hz. Typical applications of electron beam accelerators including the generator of electron-beam-controlled discharge laser beams are also described.