美俄空间核动力研发机构和组织管理体系研究

美国、俄罗斯作为空间核动力领域实力最强的国家,一直将空间核动力视为国家战略核心技术。在重大战略需求的推动下,美俄持续开展研发工作,形成了雄厚的技术基础,实现了空间核动力规模化工程应用和不断快速发展。与之相适应的是美俄高效协同的组织管理体系和实力强大的研发机构,两国凭借各具特色的组织管理体制机制,全面统筹国内优势科研力量协同攻关。基于美俄空间核动力研发机构和组织管理体系的现状,简要分析了两国在该领域研发的组织管理特点和相关成功经验,为中国空间核动力技术发展提供相关启示与建议。

空间核动力源的国际法律规制

空间核动力源的使用是满足人类深远太空探索任务动力源需求的必然选择。由于其本身固有的安全风险因素以及空间活动对地球的广泛影响,如何安全使用核动力源是国际社会需要共同面对的问题。目前,直接规范空间核动力源的国际文件只有1992年通过的《关于在外层空间使用核动力源的原则》以及2009年制定的《外层空间核动力源应用安全框架》。该两文件为空间核动力源的应用提供了所应遵循的一般原则和具体的技术性规范,对于备受关注的安全问题也提供了相应的安全标准。但是,它们都属于软法,即该两文件本身并不具有法律拘束力,在适用上缺乏强制性。从空间立法的发展模式来看,短时期内在空间核动力源领域缔结专门的国际条约不太现实,通过各类软法为各国提供自愿遵循的规范指引并由各国根据实际需求逐渐将其纳入到其国内法律规则体系中,逐步实现空间核动力源国际规则的统一不失为较好的折衷办法。

D-^3He先进燃料聚变空间核动力推进器的可行性探索

探索了一种高比推力、高有效载荷的D-3 He聚变燃料火箭的可行性,对化学燃料火箭、裂变燃料推进器与聚变燃料火箭发射时的有效载荷份额与飞行使命的时间之间的折衷关系做了比较。从能量守恒关系分析了D-3 He聚变燃料火箭先进性的基本原理,以及运用D-3 He聚变反应作为空间飞行推进单元的优点。除了月球表层土中有丰富的氦-3资源外,也对地球外层空间中其余行星,如金星、水星和火星上的3He资源作了定量的估算。

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。

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。

空间核动力电源

空间核动力电源马宗诚（北京空间飞行器总体设计部）１引言□□一提到空间核动力电源，人们总有一种恐惧感。似乎用了空间核电源就意味着将发生空间核辐射、核电源故障以及大面积地面核污染。人们之所以有这样的反应并不是偶然的，这是因前苏联发射的核动力卫星宇宙－９５...

空间核动力推进技术研究展望

为满足未来太阳系边际探测、深空轨道转移、载人深空探测等大型空间任务对于高可靠、可持续、大功率动力源的需求,空间核动力推进技术成为全球研究热点。通过追踪世界主要国家现阶段空间核动力发展动态,对空间核动力领域模块化、通用化、型谱化的发展方向进行了系统性梳理,对涉及的总体技术、散热技术、制造技术、验证技术等关键技术进行了解析。最终总结我国核心优势和潜在风险,为未来空间核动力推进的规划论证与技术研究提供参考。

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。

国外空间核动力技术发展现状及对我国的启示

随着我国航天技术的快速发展,空间探测活动的深度与广度不断拓展,相比与太阳能、化学能等常规空间电源,空间核动力技术因其能量密度高、寿命长、功率质量比高、环境适应性好等优点逐渐成为未来星际探测器动力源研制的重要方向。本文通过梳理世界各国空间核动力技术的最新发展现状、相关政策和主要技术类型,分析了未来空间核动力可能应用的多种领域和场景,并就我国空间核动力的关键技术研究和发展提出启示和建议。

空间核动力系统研究在创新型人才培养中的应用探索

空间核动力航天器系统具备续航时间长、功率大、用途广等优势,对于探火工程、深空探测、长期驻留、星表能源基地等空间任务具有广泛的技术带动作用,实现核能的空间应用对未来国家在航天领域拓展具有重要意义。空间核动力系统运行特性研究作为空间核动力航天器研发的重要一环,对于航天器安全分析至关重要,如何在开展系统特性科学研究的同时做好导学思政及研究型人才培养工作,是创新型人才培养及新型科研育人系统建立过程中需要解决的关键问题。结合空间核动力系统研究在创新型人才培养中的应用探索及经验,探索出了一条“融科学研究、科研育人与导学思政为一体”的人才培养模式,能够为人才培养体系完善提供理论和实践参考。

国外空间核动力技术发展现状及启示

为了满足未来太阳系边界探测、深空轨道转移和载人往返火星等空间任务的多元化需求,空间核动力技术应运而生,其可以突破常规能源推进方式的限制,大大提高推进系统的比冲,同时克服太阳能受限于太阳距离的问题,在深空探测领域具有广阔的前景。空间核动力技术可以为航天器提供多种新型推进方式,主要包括核电推进、核热推进,以及核热、核电、化学能等的组合动力推进,还有一些正在论证的核能推进方式,如核裂变碎片、核脉冲、核冲压。空间核动力通常包括核反应堆、能量转换模块和配套的推进系统,以及热力和电力控制等辅助系统与桁架等结构模块。

英航天局与罗罗开展空间核动力技术合作

【英国罗尔斯·罗伊斯公司网站2021年1月12日报道】英国罗尔斯·罗伊斯公司(Rolls-Royce)近日与英国航天局(UKSA)签署合同,未来将合作开展空间核动力技术研究。航天局表示,核推进系统可以将前往火星的时间缩短到3至4个月,大约是使用化学发动机所需时间的一半。

2．2 D-^3He先进燃料聚变空间核动力和推进器

对需要燃料补给的深度空间飞行使命来说，聚变动力用于空间飞行动力和推进有特别吸引人的优点。例如100Mw电功率的聚变功率源用于一项飞行时间为5年的深度空间飞行使命，仅仅只需要消耗100kg的D-^3He燃料。作为一个空间动力推进器，关键的参数是比推力或叫比冲(specific impulse)，以“s”为单位，

美庆祝空间核动力应用60周年

【世界核新闻网站2021年6月30日报道】美国国家航空航天局(NASA)近日庆祝首颗核动力卫星成功发射60周年。这颗卫星名为Transit IV-A,是一颗试验导航卫星,携带了一个放射性同位素热电发生器,于1961年6月29日在卡纳维拉尔角(Cape Canaveral)发射。此后,美国完成了超过25次携带核动力系统的航天发射任务。

空间核动力装置斯特林转换系统的热力学性能优化分析

以Sunpower公司设计的先进斯特林转换器为研究对象,建立斯特林循环理论模型,运用有限时间热力学理论分析系统性能。在空间核动力装置的工况基础上,研究吸热温度对循环的影响,讨论熵理论和理论在系统优化方面的适用性,比较生态学优化准则和输出功率优化准则的优化结果。研究结果表明,提高循环吸热温度可以有效增大循环效率和输出功率,可采用熵产率和损失率进行输出功率优化,输出功率优化准则在放热温度较低时适用,当放热温度较高时,生态学优化准则更为合理。

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(100kWe^1MWe)和小功率(1kWe^10kWe)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。

《关于在外层空间使用核动力源的原则》之再思考

《关于在外层空间使用核动力源的原则》被通过已经20年,尽管该原则仅属于联合国决议的范畴,其法律上的约束力不及国际公约,但由于该原则所涉及的内容不仅关乎一般意义上的核安全应用,更关系到整个外层空间探索与开发的有序和健康,随着空间事业的发展,其地位和作用愈发重要,尤其是随着国际社会有关核安全机制的建设日益深入,作为该领域一个基础性规范文件的重要性不言而喻,在20年沉淀和经验的基础上重新审视该原则的背景、文本内容,并在此基础上,对其可能的发展趋势做出有效的分析和认定,无论在理论上还是在实践中都富有重要的意义和价值。同时,可以为中国未来空间核利用以及核安全机制的建立,提供理论上的铺垫与准备。

美国空间核动力发展态势解析

空间核动力因其突出优势成为美俄等大国打造强大天基能力、抢占太空战略优势的关键核心。近期,美国政府陆续发布关于空间核动力发展的战略和政策,以确保其在太空竞争博弈中保持领先。为准确把握美国空间核动力发展的重点和目标,对美国空间核动力的进展进行了综述,对其发展态势进行了解析,得出以下结论:美国正从国家层面加快推进太空军事化的战略部署,把发展空间核动力上升为国家战略,系统完整地提出了有关政策、目标、原则、路线图等,并强调建立高层次的组织协调机制确保战略政策高效实施。美国空间核动力将基于其雄厚的技术基础取得快速发展,为美国太空军建设和发展提供动力。

美俄空间核动力技术发展态势评析

新一代空间核动力及推进技术的突破,将颠覆空间探测任务的样式。目前美国、俄罗斯加速了空间核动力系统的研发进程,相关技术处于世界领先地位。梳理了空间核动力系统基本分类和典型应用场景,综述了美俄空间核动力技术的发展历程及现状,并分析了美俄空间核动力技术的发展态势。结果表明,与冷战时期相比,未来空间探测任务对核动力系统的功率、灵活性、可靠性和安全性等提出了新的要求;美国、俄罗斯均高度重视空间核动力技术的发展,但发展战略和技术路线均存在差异,美国以下一代太空能力建设和深空探测项目为牵引,全面开展同位素电池、空间反应堆、核热推进系统、核电推进系统的研发;俄罗斯基于自身核电推进技术优势,重点发展核电推进飞船项目,意图以有限的资源投入保持自身太空领域竞争力。