空间同位素热源故障再入极端环境条件分析

空间核动力源是支撑人类探索宇宙空间的关键技术,但安全问题始终是空间核动力源设计和应用的重要部分。以中国未来月球探测任务为背景,针对可能发生的典型的事故场景,建立三自由度动力学模型,并引入基于化学非平衡方程、完全气体方程的计算流体力学方法,开展空间同位素热源故障再入情况下的极端环境条件分析,分析空间同位素热源故障再入情况下气动力/热环境、海平面高度飞行速度和弹道倾角等极端环境条件。研究结果表明:同位素热源阻力系数为1.6左右,无量纲纵向压心系数约为0.5,再入过程0°攻角驻点热流密度峰值约为8.1 MW/m^2,总加热量约为101.55 MJ/m^2;从80 km开始经178.3 s到达海平面高度,此时同位素热源的飞行速度为86.5 m/s,弹道倾角为-89.9°。为后续放射性同位素热源结构热响应分析、高温高速撞击试验等安全性分析与验证工作的开展提供了必要条件。