398 深空探测学报第 4 卷作前苏联同期发展了核反应堆电源 RTG 和核热推进项目, 其中核反应堆电源 BUK 和 TOPAZ-Ⅰ 应用在雷达型海洋监视卫星 RORSAT 任务中 [7] 从里根总统 (Ronald Wilson Reagan) 提出星球大战计划到苏联解体, 再到苏联解体

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透恶叶赫那拉
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1 第 4 卷第 5 期深空探测学报 Vol. 4 No 年 10 月 Journal of Deep Space Exploration October 2017 空间核动力在深空探测中的应用及发展综述 1,2 1,2 朱安文, 刘磊, 马世俊 2 2, 李明 (1. 北京空间飞行器总体设计部, 北京 ;2. 中国空间技术研究院, 北京 ) 摘要 : 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关键词 : 空间核动力 ; 空间核电源 ; 深空探测 ; 空间核安全中图分类号 :TL99 文献标识码 :A 文章编号 : (2017) DOI: /j.issn 引用格式 : 朱安文, 刘磊, 马世俊, 等. 空间核动力在深空探测中的应用及发展综述 [J]. 深空探测学报, 2017,4(5): Reference format: Zhu A W,Liu L,Ma S J,et al. An overview of the use and development of nuclear power system in deep space exploration[j]. Journal of Deep Space Exploration,2017,4(5): 引言 [1-2] 空间核动力泛指在空间应用核能的装置, 该装置将核能转化为热能电能或者推进的动能满足航天器飞行任务的需求当前利用的核能主要是放射性同位素的衰变能和核反应堆中裂变材料的裂变能深空探测是脱离地球引力场, 进入太阳系空间和宇宙空间的探测 [3] 本世纪的深空探测以太阳系空间为主 ( 月球火星水星和金星巨行星的卫星小行星和彗星 ), 兼顾宇宙空间的观测太阳能结合蓄电池是当前空间能源的主要形式, 对于利用太阳能困难的航天任务以及大功率航天任务, 空间核能的利用成为必然 [4-8] 利用太阳能困难的航天任务主要包括月球表面火星表面 [10] 木星及木星以远的深空飞行任务, 大功率航天任务主要指载人深空飞行 [10] 按照对核能利用形式, 空间核动力技术通常分为空间核热源空间核电源和空间核推进 [1] 本文在概要介绍空间核动力发展历程的基础上, 总结了同位素热源 (Radioisotope Heat Unit,RHU) 同位素电源 (Radioisotope Thermoelectric Generator,RTG, 也称同位素电池 ) 核反应堆电源核推进技术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, 并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 1 空间核动力空间核动力的发展可以分为 3 个时期, 即初创时期星球大战时期和新世纪时期 [2] 空间核动力从萌芽到成熟应用的时期, 称为初创时期, 时间跨度约从 20 世纪 50 年代初持续至 70 年代末为了解决空间的投送运输问题, 美国于 1955 年提出了流浪者计划 (ROVER), 后演变为 NERVA 计划 (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) [12], 主要发展核热推进技术二战后, 美国军方一直在寻找可为侦察卫星提供足够能源的设备,20 世纪 50 年代初, 美国空军和原子能委员会 (Atomic Energy Commission,AEC) 开始了空间核电源的研究工作 1955 年, 美国空军原子能委员会 (AF-AEC) 联合工作组成立, 随后空间核电源项目整合并更名为 SNAP 计划 [4] SNAP 计划同时支持了核反应堆电源和 RTG 的预研, 在 SNAP 计划推动下,1965 年美国发射了首个也是唯一一个携带核反应堆电源的航天器 (SNAP-10A), RTG 则用作了导航卫星辅助电源, 并支持了阿波罗登月信标机和一系列的无人深空探测任务 [4, 8] 1973 年, 美国政府同时终止了支持 NERVA 和 SNAP 计划 SNAP 计划产生的 RTG 继续得到应用, 百瓦级的 RTG(MHW- RTG)1976 年成功应用在美国空军的 LES-8/9 通信卫星上,1977 年, 由美国国家航空航天局 (NASA) 发射的 Voyager1/2 探测器也携带 MHW-RTG, 至今仍在工收稿日期 : 修回日期 :

398 深空探测学报第 4 卷作前苏联同期发展了核反应堆电源 RTG 和核热推进项目, 其中核反应堆电源 BUK 和 TOPAZ-Ⅰ 应用在雷达型海洋监视卫星 RORSAT 任务中 [7] 从里根总统 (Ronald Wilson Reagan) 提出星球大战计划到苏联解体, 再到苏联解体后俄罗斯持续约 10 年的不稳定时期, 统称为星球大战时期, 时间跨度约从 20 世纪 80

2 398 深空探测学报第 4 卷作前苏联同期发展了核反应堆电源 RTG 和核热推进项目, 其中核反应堆电源 BUK 和 TOPAZ-Ⅰ 应用在雷达型海洋监视卫星 RORSAT 任务中 [7] 从里根总统 (Ronald Wilson Reagan) 提出星球大战计划到苏联解体, 再到苏联解体后俄罗斯持续约 10 年的不稳定时期, 统称为星球大战时期, 时间跨度约从 20 世纪 80 年代初持续至 20 世纪末在这个时期美国继续在深空探测中使用 RTG, 同时发展核反应堆电源和核热推进, 比较有代表性的是 1983 年起美国支持 [13] [14] 发展的 SP-100 计划 ( 核反应堆电源 ) 和 SNTP 计划 ( 核热推进 ), 后由于冷战的结束, 于 1993 年终止在 RTG 方面, 考虑到核源的安全性和通用型, 美国将 SNAP 型 RTG MHW-RTG 升级为 GPHS-RTG [15], 成功应用在伽利略号 (Galileo) 木星探测任务 (1989 年 ) Ulysses 太阳极区探测 (1990 年 ) 和卡西尼号 (Cassini) 土星探测 (1997 年 ) 任务中前苏联延续了核反应堆电源支持下海洋监视卫星的发射, 解体后俄罗斯基本上停止了空间核动力活动进入 21 世纪后统称为新世纪时期, 这个时期空间核动力的发展逐步以支持深空探测为主进行, 中国发射了核动力深空探测器 [16], 欧盟也开始了相关研究美国在 GPHS-RTG 的基础上, 发展了 MMRTG [17], 应用于勇气号 (Spirit) 和机遇号 (Opportunity) 火星车 (2003 年 ), 新视野号 (New Horizons) 冥王星探测 (2006 年 ), 以及好奇号 (Curiosity) 火星车任务 (2011 年 ) 美国继续开展了核反应堆电源及大功率电推进的技术探索, 用于无人及有人的深空探测 [18] 任务俄罗斯和欧盟都开展了 RTG 和兆瓦级核反应 [19] 堆电源结合电推的深空探测探索研究 2013 年, 我国的嫦娥 3 号 (CE-3) 进行了月面着陆探测任务, 在着陆器和巡视器均使用了 RHU [16, 20] 2 空间同位素热 / 电源通过寻找合适的空间电源发展起来的 RHU/RTG, 在发展初期主要支持近地轨道卫星任务, 并在深空探测任务中得到了持续应用 2.1 空间 RHU 美国开发了标准 RHU 用于深空探测极端环境下的 [21] 航天器设备供热 RHU 标准模块采用钚 (Pu)238 的氧化物 (PuO 2 ) 作为 RHU, 初期热功率为 1 W 如图 1 所示, 整个单元长 3.2 cm, 直径 2.6 cm, 质量为 40 g, 其中燃料球重 2.7 g 最早应用 RHU 的航天器是 Galileo 木星探测器, 共装配了 120 个 RHU 随后探路者号 (Pathfinder) 火星车 (1996 年 ) 安装了 3 个, Cassini 土星探测器安装了 117 个,Spirit 和 Opportunity 火 [11, 17] 星车各安装了 8 个 Pt-30 Rh PuO 2 图 1 [11, 17] 美国 1 W 标准模块 RHU 结构图 Fig. 1 Diagram of 1 W standard heat source from USA 前苏联在月球表面探测中使用了 RHU, 分别是月球 17 号 (Luna-17,1970 年 ) 和月球 21 号 (Luna-21, 1973 年 ) [8] 中国的 CE-3 月面探测任务 (2013), 着陆器和巡视器均使用了 RHU [16, 20] RHU 使用灵活, 可以较好地解决深空极端环境下的热控问题而且随着热管技术的进步, 还可以可靠的利用 RTG 的废热, 从 2006 年发射的 New Horizons 冥王星探测器开始不再独立使用 RHU [8, 17] 2.2 空间 RTG RTG 利用同位素的衰变产生的热量, 通过热电转换装置将其转换为电能, 同时可以用于航天器在低温 [1] 环境下的温度补偿可供空间 RTG 利用的同位素包括钋 (Po)210 钚(Pu)238 和镅 (Am)241 等, 经过

3 第 5 期朱安文等 : 空间核动力在深空探测中的应用及发展综述 399 比较其中 Pu238 性能最优, 它既具有较好的能量密度 (0.55 W/g), 又能充分保证长寿命条件下 ( 半衰期 87.7 年 ) 正常工作 [8] RTG 热电转换技术主要包括温差 [17] 发电和斯特林发电技术当前应用的温差发电材料主要有 2 种类型一种低温发电材料即碲化铅 (PbTe) 系列, 其热端温度和冷端温度分别为 550 和 165, 可以实现 6.2% 的转换效率, 美国 SNAP 计划中 SNAP19-RTG SNAP27- RTG 和 MHW-RTG 有使用本系列中, 分别支持了气象和通信等近地卫星任务, 以及阿波罗计划 (Project Apollo) 海盗号 (Viking) 先锋号 (Pioneer) 和旅行者号 (Voyager) 等深空探测任务另一种是中温发电材料即 SiGe 系列 [11, 15], 热端温度和冷端温度分别为和 300, 可以实现 6.8% 的转换效率, 美国的 GPHS-RTG [15] 和 MMRTG [21] 有使用如图 2 所示,GPHS-RTG 装置采用 18 个标准的通用热源 GPHS, 共提供 W 的热功率, 产生 285 W 的电功率装置总质量为 55.9 kg, 直径为 42.2 cm, 长 114 cm 外壳散热用翅片材料采用铝 GPHS-RTG 在 4 个深空探测任务中得到应用, 包括 Galileo 木星探测器 (2 个 ) 尤利西斯号 (Ulysses) 太阳极区探测器 (1 个 ) Cassini 土星探测器 (3 个 ) 和 New Horizons 冥王星探测器 (1 个 ) MMRTG 用于 Curiosity 火星表面探测任务 (1 个 ) [22] 图 2 [11, 15] 美国 GPHS-RTG 结构图 Fig. 2 Diagram of a GPHS-RTG from USA 斯特林同位素电源 (SRG,Stirling Radioisotope Generator) [23] 是使用自由活塞斯特林热机和直线交流发电机实现热电转换的 RTG 其工作原理是,RHU 产生的热能驱动斯特林热机的运动, 再驱动直线交流发电机产生电力, 最后通过直流变换装置用于航天器的供电 SRG 的热端和冷端设计温度分别为 650 和 46, 系统效率达到 22% 以上目前国际上斯特林式 [15] RTG 技术成熟度达到了 5 级 RTG 已经实现了超长寿命 (Voyager1/2, 超过 40 年工作寿命 ) 的工作能力, 目前技术发展主要是围 [24] 绕提高热电转换效率开展工作温差发电技术方面, 美国实验室实现了 CoSb 3 基方钴矿温差发电 9%~14% 的发电效率, 性能指标年衰减率小于 2.5% [24] [25], 我国同步开展了相关研究斯特林发电技术可以实现较高的热电转换效率, 但是需要解决长寿 [23] 命及自由活塞机械振动的抑制问题 3 空间核反应堆电源核反应堆电源经历了从静态转换到动态转换的发展过程, 其早期发展的温差和热离子型空间核反应堆电源, 美国星球大战计划时期用于支持天基定向能武器, 前苏联用于执行核动力卫星海洋监视任务自 1995 年开始, 在回顾空间核电源发展历程的基础上, 开始理性思考空间核电源的发展, 并根据不同的功率范围提出了不同的发展思路, 其应用对象逐步转向以 [8, 26] 深空探测为主 3.1 小功率 (1 kwe 级 ) 空间核反应堆电源早期的小功率空间核反应堆电源包括美国的 SNAP-10A, 前苏联的 BUK 和 TOPAZ [26], 主要是开展技术演示验证, 并支持海洋监视任务 SNAP-10A 和 BUK 采用温差发电方式,TOPAZ 采用热离子发电方 [8] 式, 均是静态转换空间核电源 2010 年后, 美国开展了 1kWe 级斯特林空间核电源的研究工作, 主要目的是 [27] 支持深空探测和行星际基地 SNAP-10A 项目于 1959 年启动,1965 年发射升空 SNAP-10A 使用的是氢化钴反应堆, 反应堆热功率 40 kw, 出口温度 833 K,NaK 液态金属冷却核电源系统采用 SiGe 温差发电, 输出电功率 565 We, 高 m, 辐射器面积 6 m 2 [4], 总重 432 kg, 设计寿命 1 年

400 深空探测学报第 4 卷 BUK 核反应堆电源研究启动于 20 世纪 60 年代, 1970 1988 年间, 共成功发射了 32 个携带 BUK 的海洋监视卫星, 如图 3 所示 BUK 采用铀钼 (UMo) 快堆, NaK 液态金属冷却, 反应堆热功率 100 kw, 出口温度 973 K 核电源系统采用两级 SiGe 串联温差发电, 输出电功率 3 kwe, 总重 1 250

marine surveillance satellite with the BUK space reactor power 前苏联于 1987 年成功发射了 2 颗 TOPAZ 核电源支持的海洋监视卫星 TOPAZ 空间热离子核反应堆电源采用二氧化铀 (UO 2 ) 热堆,NaK 液态金属冷却, 反应堆热功率 109 kw, 出口冷却剂温度 880 K 核电源系统输出电功率 6 kwe,

4 400 深空探测学报第 4 卷 BUK 核反应堆电源研究启动于 20 世纪 60 年代, 年间, 共成功发射了 32 个携带 BUK 的海洋监视卫星, 如图 3 所示 BUK 采用铀钼 (UMo) 快堆, NaK 液态金属冷却, 反应堆热功率 100 kw, 出口温度 973 K 核电源系统采用两级 SiGe 串联温差发电, 输出电功率 3 kwe, 总重 kg, 设计寿命 1 年 [26] mm mm mm mm 892 mm 257 mm mm BUK 8.2 GHx 5 m 图 3 [26] 前苏联使用 BUK 核电源的海洋监视卫星系统图 Fig. 3 Diagram of U.S. marine surveillance satellite with the BUK space reactor power 前苏联于 1987 年成功发射了 2 颗 TOPAZ 核电源支持的海洋监视卫星 TOPAZ 空间热离子核反应堆电源采用二氧化铀 (UO 2 ) 热堆,NaK 液态金属冷却, 反应堆热功率 109 kw, 出口冷却剂温度 880 K 核电源系统输出电功率 6 kwe, 辐射器面积 7 m 2, 总重 kg, 设计寿命 1 年热离子发电系统的阴极 ( 发射器 ) 使用钨 (W) 或钼 (Mo) 合金, 阳极 ( 收集器 ) 使用铌 (Nb) 合金, 绝缘器使用氧化铍, 外部包壳使用不锈 [26] 钢, 两个电极之间充满铯蒸汽 [28] NASA 于 2011 年发布的空间电源发展路线图, 提出了发展 0.5~5 kwe 的核反应堆电源替代 RTG 系统, 以解决 Pu238 供应不足的问题 2012 年, 洛斯阿拉莫斯实验室提出了发展 KiloPower 项目 ( 千瓦级斯特林式空间核反应堆 ) [27], 目前正在开展地面带核集成试验, 该反应堆电源采用 UMo 合金热堆, 钠热管冷却, 由 8 个 125 We 的斯特林发电机实现热电转换, 由于反应堆和热电转换部分采用模块化设计, 该反应堆电源可采用温差发电方式核电源系统输出功率 1 kwe, 总长度约 3 m, 最大直径约 1.1 m, 总重量 406 kg, 设计寿命 14 年美国针对 1 kwe 级空间核反应堆电源, 开展了木卫二轨道探测 (Jupiter Europa Orbiter) 土卫六土星系统探测 (Titan Saturn System Mission,TSSM) 柯伊伯带天 [29] 体探测载人火星探测等深空探测任务的论证工作小功率 (1 kwe 级 ) 空间核反应堆电源可以作为 RTG 的重要补充, 完成月球表面火星表面木星及图 4 [29] 使用 1 kwe 空间核反应堆电源的柯伊伯带探测器 Fig. 4 Design of a Kuiper belt probe with the 1 kwe- space reactor power 以远无人深空探测任务, 图 4 为美国设计的采用 1kWe 小型核反应堆电源的柯伊伯带探测器小功率空间核反应堆电源还需要开展采用温差和斯特林等不同热电转换方式的优化设计, 同时研究系统减重以及长工作寿命下的高可靠技术 3.2 大功率 (100 kwe 级 ) 空间核反应堆电源美国重点发展了 3 种 100 kwe 级空间核反应堆电源, 分别是 SP-100 [13], 木星冰卫星轨道器 (Jupiter Ice Moon Orbiter,JIMO) [30] 和 FSP(Fission Surface

第 5 期朱安文等 : 空间核动力在深空探测中的应用及发展综述 401 Power) 项目, 分别应用于天基定向能武器木星系探测和星表基地 3 个项目选择了不同的技术路线, 并不同程度地完成了地面演示验证试验 1983 年美国国防部战略防御倡议办公室 (SDIO) [13] 启动了 SP-100 空间反应堆电源计划, 发展 100 kwe 及以上的电源支持天基定向能武器冷战结束后该项目于

5 第 5 期朱安文等 : 空间核动力在深空探测中的应用及发展综述 401 Power) 项目, 分别应用于天基定向能武器木星系探测和星表基地 3 个项目选择了不同的技术路线, 并不同程度地完成了地面演示验证试验 1983 年美国国防部战略防御倡议办公室 (SDIO) [13] 启动了 SP-100 空间反应堆电源计划, 发展 100 kwe 及以上的电源支持天基定向能武器冷战结束后该项目于 1990 年转为 NASA 主导, 应用方向主要针对其未来的月球和火星表面基地以及大功率电推进 SP-100 项目采用锂 (Li) 冷 UN 快堆和温差发电方案, 反应堆热功率 2.4 MW, 出口温度 K, 输出电功率 106 kwe, 系统效率 4.4%, 系统总重 kg, 散热器面积 107 m 2, 设计寿命 10 年围绕深空探测任务, 美国于 2002 年提出普罗米修 [30] 斯计划, 发展 JIMO 任务 JIMO 使用 200 kwe 的电推力器作为飞行动力, 由核反应堆电源提供电推需要的能源其中核反应堆电源采用气冷快堆和布雷顿发电方案, 反应堆热功率 1 MW, 出口温度 K, 系统效率 20%, 系统总重 kg, 设计寿命 20 年普罗米修斯计划终止后 NASA 和 DOE 启动了 FSP 项目, 发展星表基地, 特别是月球 / 火星基地采用了空间核电源 FSP 采用了 NaK 冷却 UO 2 快堆和斯特林发电方案, 其中 8 台斯特林发电机分成 4 对两两对置, 每台发电机输出电功率 6 kwe, 反应堆热功率 186 kw, 系统效率 21.5%, 系统总重 kg, 设计寿命 8 年 FSP 项目空间核电源的散热辐射器的热传输工质为水, 考虑到月球表面温差变化较大, 设置了主副两个散热器, 图 5 为美国 FSP 核电源系统设计图 16 m 4 m 1 m 2 m 图 5 美国 FSP 核电源系统图 Fig. 5 Design of Fission Surface Power(FSP)from USA 100 kwe 级空间核反应堆电源可以满足当前大多数大功率航天任务的需求, 包括月球 / 火星基地和无人深空探测等冷战结束后空间核动力的应用方向转向深空探测, 在无人深空探测方面, 反应堆电源与 RTG 相比, 质量和尺寸均不具有竞争优势 ; 在载人深空探测方面, 美国以及美国主导的国际太空探索协调组, 提出了重返月球和载人火星飞行的计划, 这些计划需要核反应堆电源的支持 3.3 超大功率 ( 兆瓦级 ) 空间核反应堆电源进入 21 世纪, 围绕载人火星飞行任务, 逐渐认识到核电源支持的大功率电推进, 由于比冲上的数量级优势, 可以大幅度降低出发时的系统总重为此, 美国俄罗斯和欧盟都开展了兆瓦级空间核反应堆电源 [18-19, 31] 的探索研究美国马歇尔航天中心 (George C. Marshall Space Flight Center) 开展了气冷堆和闭环磁流体发电方案研究, 气冷堆输出热功率 5 MW, 出口温度 K, 选择 He/Xe 作为发电工质, 系统输出电功率 2.76 MWe, 系统效率 55.2% [32] 俄罗斯于 2009 年提出发展兆瓦级核动力飞船, 如图 6 所示, 计划 2025 年实现在轨飞行试验该飞船由核电源系统供电, 支持电推进系统实现载人深空探测等任务空间核电源采用气冷快堆和布雷顿发电方案, 其中 4 个布雷顿发电机两两对置布置, 反应堆热功率 3.5 MW, 系统输出电功率 1 MWe, 系统效率 28.6% 电推进系统比冲为 s 欧盟于 2012 年支持了兆瓦级核动力航天器的概念研究, 重点针对载人深空飞行小行星移除轨道间转移等应用目标兆瓦级空间核反应堆电源在空间安全和深空探测 [28] 领域均具有较为广阔的应用前景

6 深空探测学报 402 第4卷 ѝᗳṱ ᧘ ಘ ᓄ ᮓ ᶯ ᐳ䴧亯 ᵪ 䗀ሴቿ㭭图 6 俄罗斯兆瓦级核动力飞船系统图 Fig. 6 Design of Russian megawatt nuclear powered spacecraft 4 空间核推进根据上述两份文件的规定在现有的技术条件早期核推进以核热推进为主空间核动力的初创时期美国发展了NERVA 星球大战时期发展了SNTP[33] 前苏联发展多款核热火箭发动机 RD-401设计推力达 kn RD-0410发动机试验推力达35.2 kn 比冲 910 s 核热推进的发展最早是为了解决核武器的远 [33] 程投送问题但由于化学火箭的迅速发展并定型核下采用必要的预防和控制措施可以有效防止空间核动力源对地球生物圈和大气圈造成超过自然本底的核辐射污染我国针对核动力航天器应用中的安全性问题提炼出了在空间核安全设计管理等方面的有关要点[39] 6 结束语热推进技术变得必要性不强准备转向新体制研究[34-35] 随着人类探索空间利用空间的步伐越走越远 2005年左右 200 kwe的大功率电推进技术突破使推新的航天任务包括星表基地载人深空飞行行星进系统在推力可用的前提下比冲提高了1个数量级以际探测等提出了对空间核动力的发展要求研究和上由此带来了巨大的初始质量优势进入新世纪发展空间核动力将成为深空探测技术发展的必然基于核能的推进逐步将研究的重点转向核电源支持下的大功率电推进技术 [18-19] 图6为俄罗斯设计的兆瓦级动力飞船系统图 RTG仍然将在无人深空探测中占据重要地位 Pu238核源生产高效率长寿命的发电技术是其发展重点核反应堆电源可以支持星表基地和载人深空飞行空间核动力的安全问题等任务但需要实现模块化的反应堆电源高可靠性 1978年前苏联核动力海洋监视卫星掉落在加拿堆电源支持的大功率电推进由于比冲数量级的提高大极大地引起了国际社会对空间核动力的核安全问将极大地节约深空探测器的总质量已经逐步成为近题的关注鉴于此联合国外层空间委员会分别于期核推进技术的主要发展方向 5 [36] 高效率热电转换并开展在轨的飞行演示验证核反应 1992年和2009年发布了2个关于空间核动力安全的指导参性文件 1992年发布的关于在外层空间使用核动力源的原则 [37] 规定了空间核动力安全的准则重返通 [1] 文献苏著亭杨继材柯国土. 空间核动力[M]. 上海上海交通大学出版社知及赔偿责任等 2009年发布的外太空空间核动力 Su Z T Yang J C Ke G. T. Space nuclear power[m]. Shanghai 源应用的安全框架则给出了政府管理和技术3个 [38] 方面的指导性框架意见考 Shanghai Jiaotong University Press [2] 马世俊周继时杜辉等. 核动力航天器发展历程[J]. 中国航天

7 第 5 期朱安文等 : 空间核动力在深空探测中的应用及发展综述 403 [3] [4] [5] [6] [7] [8] [10] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] 2014,2014(4): Ma S J,Zhou J S,Du H,et al. The development of nuclear powered spacecrafts[j]. Aerospace China,2014,2014(4): 欧阳自远, 李春来, 邹永廖, 等. 深空探测的进展与我国深空探测的发展战略 [J]. 中国航天,2002,2002(12): Ouyang Z Y,Li C L,Zou Y Z,et al. Progress of deep space exploration and chinese deep space exploration strategy[j]. Aerospace China, 2002(12): Bennett G L,Hemler R J,Schock A. Space nuclear power-an overview[j]. Journal of Propulsion and Power,1996,12(5): Bennett G L,Hemler R J,Schock A. Space nuclear power-a status review[z]. Washington,D. C.:1995. Teofilo V L. Space power systems for the 21st century[z]. California, San Jose:2006. Launius R D. Powering space exploration:u.s. space nuclear power, public perceptions,and outer planetary probes[z]. Cleveland,Ohio: IAEA. The Role of nuclear power and nuclear propulsion in the peaceful exploration of space[m]. 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8 404 深空探测学报第 4 卷 Space Exploration,2015,2(4): 作者简介 : 朱安文 (1970 ), 男, 研究员, 主要研究方向 : 空间核动力, 卫星总体设计通信地址 : 北京市 5142 信箱 377 分箱 (100094) 电话 :(010) obiwan2032a@sina.com An Overview of the Use and Development of Nuclear Power System in Deep Space Exploration ZHU Anwen 1,2,LIU Lei 1,2,MA Shijun 2,Li Ming 2 (1. Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Beijing , China;2. China Academy of Space Technology, Beijing , China) Abstract:The history of the development of nuclear power system (nuclear power source,nps) is reviewed in this paper,which contains radioisotope heater units (RHUs),radioisotope thermoelectric generators (RTGs),space nuclear reactors and nuclear propulsion systems. The use of NPS in deep space exploration and the current technical progress of NPS are illustrated in detail. Additionally,the problem of NPS safety is also discussed based on the international rules. The main technical issues and challenges of NPS are proposed when it s applied in deep space exploration missions in the future. Key words:nuclear power system;nuclear power source;deep space exploration;space nuclear safety High lights: Nuclear power systems (NPS), especially radioisotope heater units and radioisotope thermoelectric generator, have been widely utilized in the unmanned deep space exploration missions because NPS doesn t depend on sun lights. Due to space reactor power the potential application of space reactor power in planetary bases and manned interplanetary flight, the modular reactor and efficient thermoelectric conversion technology will be studied on by more researchers. In the new century, the applications of space reactor power have gradually shifted to manned interplanetary flight after the combination of high power electric propulsion technology. [ 责任编辑 : 高莎, 英文审校 : 朱恬 ]

Microsoft Word - 092013-1203-6(du)(改2)

Microsoft Word - 092013-1203-6(du)(改2) 中国科学 : 技术科学 2014 年第 44 卷第 3 期 : 229 ~ 234 评述 www.scichina.com tech.scichina.com SCIENCE CHINA PRESS 载人飞船与专项技术专题载人飞船型谱发展研究何宇, 贾世锦, 石泳 *, 邵立民, 高旭中国空间技术研究院载