太阳系边际探测任务辐射效应综合分析

针对太阳系边际探测任务中面临的强辐射问题,在太阳系边际鼻尖和尾部两次探测任务中,系统分析了探测器飞行过程中涉及到的空间辐射环境,包括地球辐射环境、太阳宇宙线辐射环境、银河宇宙线辐射环境、木星辐射环境和海王星辐射环境及模型特点。采用模型仿真给出了屏蔽厚度与辐射剂量关系曲线,结合国外探测数据获得了两次任务遭受的辐射总剂量,估算结果可支持在屏蔽重量代价和探测器抗辐射能力之间进行优化选择。针对空间核电源辐射特性,提出了适用于工程应用的核电源辐射效应分析方法。结合探测任务特点和工程可实现性,对各类辐射效应的综合影响提出了系统级防护策略,为太阳系边际探测的方案设计和任务实施提供了技术支持和参考。

电弧加热高温磁流体发电地面试验研究

针对航天器未来空间飞行任务对大功率电源的迫切需求,开展了基于电弧加热的高温气体磁流体(MHD)发电地面试验研究。利用长分段电弧加热器加热氩气试验工质,模拟MHD发电所需的温度和压力条件,通过注入铯种子的方式提高试验工质的电导率,成功进行了直通式和盘式MHD发电地面试验:在磁场强度1T试验条件下,直通式发电机最大输出发电功率达到196W;在磁场强度7T试验条件下,盘式发电机最大输出发电功率达到10.5kW。本研究工作验证了磁流体发电技术的前景,为更高功率的磁流体发电机研究及空间应用奠定了基础。

磁流体发电系统在空间电源中的应用研究

介绍了直线型和盘式磁流体(MHD)发电机,鉴于盘式磁流体发电机结构紧凑、发电效率高、对应磁体系统简单等优点,建议在大型航天器上采用盘式磁流体发电机。根据空间应用的特点,盘式磁流体发电机的工质应选用氦/氙混合气体;在抑制等离子体的不稳定时,应综合使用扩张通道、导流片、波状外形壁面及射频线圈等方法。对空间盘式磁流体发电系统及试验设备研究情况进行了介绍;以高温气体闭环核能磁流体发电系统为例,分析了其工作原理和质量功率比等性能参数;总结出地面试验的研究趋势是向超长时间运行发展。针对我国在反应堆、材料、工艺等方面的发展现状,建议深入开展磁流体发电技术及盘式磁流体发电机研究,突破等离子体参数测量、稳定性等关键技术,促进我国在空间核动力技术领域的快速发展。

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。

月球基地闭环核能磁流体发电技术初步研究

针对未来月球基地能源需求,提出了百千瓦级的月球基地核电源系统方案,并给出了整个核电源系统的设计参数。在此基础上,针对该系统中的盘式磁流体发电机进行了设计和初步性能分析。结果表明:该系统方案可满足百千瓦级月球基地能源需求。盘式磁流体发电机具有结构紧凑、发电效率高、对应磁体系统简单、不涉及旋转部件等优点,采用磁流体发电机的高温气体闭环核能发电系统可为月球表面核反应堆电源设计提供参考。

超远深空探测任务的能源动力方案

我国开展了大量深空探测方面的研究工作,但超远距离(大于几十个AU)深空探测器在我国尚未实际发射,需综合考虑飞行空间环境、任务寿命和重量限制等约束条件,对能源系统进行合理设计,以保证探测的任务需求。通过对国外相关任务的调研与分析,并结合我国现有的技术基础,选择以空间核动力系统作为能源动力解决方案,同时关注其他概念推进设计,提出了总体任务设想和后续需要开展的关键技术攻关方向,主要为高效的"核能+全电推"系统技术、星际飞行技术及测控技术。对我国后续超远深空探测任务的研究及实施具有一定指导意义。

等离子体磁流体发电研究进展

简要分析了等离子体磁流体发电系统的工作原理和发电过程,阐述了目前磁流体发电研究中的重点和关键问题,从数值模拟和实验研究两方面回顾了国内外的研究情况和研究进展。分析认为等离子体磁流体动力学将会受到越来越多的重视,且将会推动航空航天技术的进步。

国外空间核动力装置应用安全机制分析及启示

空间核动力装置在未来以深空探测为代表的航天任务中有重要应用。美国对空间核动力的研究和应用起步较早,经多年实践发展出一套较为成熟的核安全机制;我国通过嫦娥三号和嫦娥四号两次工程实施,初步建立了国内相关管理机制。本文梳理了国际社会讨论形成的适用于空间核动力装置应用安全的指导意见和工作依据,研究了美国涉核航天任务安全性分析、评审、审批和监督程序与组织实施情况,分析得出了美国相关机制和程序的特点,在总结国外经验教训的基础上,形成了可为国内进一步完善相关机制和程序提供有益参考的启示建议。

法拉第型磁流体发电机试验和数值仿真

针对未来航空航天任务对大功率空间电源的迫切需求,开展了国内首次高温惰性气体法拉第型磁流体发电机试验研究。试验采用电弧加热器作为模拟热源,以氩气作为工质,添加铯作为电离种子以提高工质电导率,成功实现了对法拉第型磁流体发电机的原理性验证,在1T磁场环境的试验条件下取得了最高194 W的发电功率,功率密度为866kW/m^3。根据试验条件对发电过程进行了三维数值模拟,分析结果表明:发电机输出性能受电极压降和工质速度的影响较大,需要在后续研究中改进发电机工艺以降低电极压降,并对加速喷管重新进行设计。

超高温环境对氮化硼陶瓷热稳定性能影响研究

采用热压烧结工艺制备了BN陶瓷和BN-ZrB_(2)复相陶瓷,并探讨它们在2000℃,真空、流动氩气、流动氮气环境中热暴露2h以上,材料的物相、微观组织形貌、质量损失以及抗弯强度的变化规律。结果表明:相同条件下,BN陶瓷质量损失高于BN-ZrB_(2)复相陶瓷;且材料在真空的质损高于流动气氛环境中。热暴露环境中低氮气分压会导致BN的分解,而真空环境中ZrB2与所生成的单质B反应会生成ZrB_(12)。高温环境中ZrB_(2)可抑制BN晶粒长大,降低材料抗弯强度的衰减。