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中国航天将进入核动力时代

    时间:2017年02月17日    浏览次数: 收藏
导读:据中央电视台2017年2月13日报道,国防科工局近日向媒体公布了十三五时期中国核工业的未来发展蓝图,其中透露中国将加快在空间核动力技术领
据中央电视台2017年2月13日报道,国防科工局近日向媒体公布了“十三五”时期中国核工业的未来发展蓝图,其中透露中国将加快在空间核动力技术领域的研发和应用,这意味着,中国将把核动力技术应用在航天器上,核动力卫星、核动力宇宙飞船乃至于深空探测装置,很可能变为现实。

 

核动力——军用航天理想电源

在宇宙空间(太空中)使用的核动力技术,被统称作“空间核动力”技术,它主要是利用核反应堆产生的裂变能和放射性同位素的衰变能,根据不同的任务需求、通过不同的方式,把核能转变成电能和推进动力。

目前,航天器使用的空间动力源主要有三大类,化学电池、太阳能电池阵-蓄电池组和核动力装置。其中化学能电池工作寿命低、低温性能差、功率比较小;太阳能电池阵-蓄电池组联合电源技术成熟,性能可靠,工作寿命长,供电能力强,但在大功率条件下,大面积的太阳阵对机动飞行和低轨道飞行带来较大阻力,需要携带大量燃料进行轨道维持,同时也存在安装和展开的技术困难;展开面积大,结构复杂,难以实现高精度和高稳定度的姿态控制;受空间碎片、陨石和外部打击面大,也容易受辐射等因素的影响;在阴影、深空等环境下不能工作。

而空间核动力装置则具有重要优势:易于实现大功率供电,能为航天器提供数千瓦至数兆瓦的电能;能量密度大,在高功率下,质量比功率优于太阳能电池阵-蓄电池组联合电源系统,重量轻、体积小、比面积小、阻力小、受打击面小,隐蔽性好;功率调节范围大,具有快速提升功率的能力,机动性高;不依赖太阳辐射能,不需要对日定向,可全天时、全天候连续工作;环境适应性好,具有较强的抗空间碎片撞击能力,可在尘埃、高温、辐射等恶劣条件下工作。可以说,空间核反应堆电源是军事航天的理想电源,是深空探测不可替代的空间电源。

 

目前仅美、俄应用

然而,空间核动力装置对核反应堆小型化等技术要求极高,目前只有美俄两个航天和核技术顶尖强国掌握。

其中美国早在1965年就首次发射了SNAP-10A空间核反应堆装置,在Snapshot宇宙飞船上进行了试验。而在“先驱号”、“伽利略”、“卡西尼”等深空探测器上,美国都使用安装了核动力反应堆装置作为能源。其中“卡西尼”号深空探测器经过6年8个月、35亿千米的漫长太空旅行,进入土星运行轨道,对土星及其卫星进行科学考察。作为世界上深空旅行旅途最远的探测器之一,要没有核动力反应堆装置的长时续航能力,“卡西尼”是不可能跑那么远的。在美国即将进行的登陆“火星”计划中,空间核动力装置仍将扮演核心角色。

 

图注:美国“卡西尼”号深空探测器,采用的动力源就是空间核反应堆装置

 

与美国主要将核动力装置应用在卫星、飞船和深空探测器上不同,苏联/俄罗斯走的是“核火箭”发展之路,即将核动力反应堆技术应用于火箭,制造热核火箭。上世纪60年代起,苏联成功研制了核火箭发动机的燃料元件和燃料组件,建造了RD-0410型核火箭发动机试验样机,在著名的贝加尔试验台架上完成了全尺寸核火箭发动机反应堆的几个试验系列。2009年10月,俄罗斯宣布了功率为兆瓦级“核动力飞船”的研制计划,计划用核火箭来发射太空飞船。投资6亿美元,研发周期9年,将于2018年发射升空。

 

未来展望

中国核工业经过半个多世纪的发展,在核动力装置小型化、小型/微型核反应堆技术领域取得了丰硕的成果和重大突破,已经初步具备了将核动力装置应用于空间推进领域的基础。同时中国也是航天技术大国,具备将核动力与航天相结合,发展空间核动力技术的条件。与化学燃料、离子推进、太阳能推进技术相比,核动力技术在空间推进特别是深空探测领域具备的突出技术优势,对于矢志于深空探测的中国航天人而言,是必须攻克的核心技术之一。相信随着国家将空间核动力技术列入国家核工业技术发展的重大战略规划,中国的空间核动力技术必将迎来突飞猛进的发展。也许不久之后,我们自己的核动力飞船或深空探测器,就能长航数十亿千米,探索比月球远得多的遥远宇宙了。

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