CONTENTS01研究背景A兴02技术特点L18901AOTONGUNI03发展趋势04相关研究
CONTENTS 重水堆（CANDU） 01 研究背景 02 技术特点 03 发展趋势 04 相关研究
研究背景PartM6TONGL面向国家重大需求空间能源动力分类CNuTHeL空间核动力的优势
Part1 研究背景 ◆ 面向国家重大需求 ◆ 空间能源动力分类 ◆ 空间核动力的优势
Nuclear Thermal-hydraulic Laboratory1.17面向国家重大需求ATHeL:核反应堆热工水力研究实验室PARTCa2）星际资源开发动力需求1）新型航天飞行器动力需求空间能源支撑长期的火星勘探任务和载人火星计划3）国防安全需求深空探索大功率卫星监控追踪、战略防御4/81
PART 1 1.1 面向国家重大需求 4/81 1）新型航天飞行器动力需求 空间 能源支撑 ⚫ 长期的火星勘探任务和 载人火星计划 3）国防安全需求 ⚫ 监控追踪、战略防御 2）星际资源开发动力需求 ⚫ 深空探索 ⚫ 大功率卫星
Nuclear Thermal-hydraulic Laboratory1.1面向国家重大需求ArTHeL核反应堆热工水力研究实验室PART天基雷达空间攻防深空探测星际货运5/81
PART 1 1.1 面向国家重大需求 5/81 天基雷达 空间攻防 深空探测 星际货运
ENuclearThermal-hydraulicLaboratory福1.2空间能源动力分类ATHeL核反应堆热工水力研究实验室PART太阳能：概况：自前空间技术中的支撑性电源，主要使用硅太阳能电池特点：非自主能源，不适合大功率电力输出、深空探测、行星间载人飞行等任务化学能：概况：空间蓄电池包括镍镐电池、镍氢电池，正在研发高性能钠硫电池特点：任务周期短（几十分钟到数小时），不适合周期较长的空间任务核动力：概况：主要包括放射性同位素电源和核反应堆电源，是未来空间技术中的理想能源特点：功率水平高，布置灵活方便，可以满足长时间大功率需求6/81
PART 1 1.2 空间能源动力分类 6 /81 太阳能： 概况：目前空间技术中的支撑性电源，主要使用硅太阳能电池 特点：非自主能源，不适合大功率电力输出、深空探测、行星间载人飞行等任务 化学能： 概况：空间蓄电池包括镍镉电池、镍氢电池，正在研发高性能钠硫电池 特点：任务周期短(几十分钟到数小时)，不适合周期较长的空间任务 核动力： 概况：主要包括放射性同位素电源和核反应堆电源，是未来空间技术中的理想能源 特点：功率水平高，布置灵活方便，可以满足长时间大功率需求
WNuclearThermal-hydraulicLaboratory福1.3空间核动力的优势ATHeL核反应堆热工水力研究实验室PART能量密度大，容易实现大功率供电（kW~MW），高功率下的功率质量比更大：口功率调节范围大、机动性强，重量轻、体积小、比面积小、隐蔽性好：口自主能源，不依赖太阳能照射，不需要对日定向，可全天候工作；口环境适应性好，生存能力强，可在尘暴、高温、辐射条件下工作空间核动力是军事航天的理想能源原，是深空探测不可替代的空间能源100MW核热火筋10MW-核电推进IMW-发应堆电功率100kw-月球/行里装雨电力10kW-化学能自前的至间应用1kW-同位素电源太阳能100W~Month~Hour~Day-Year~Decade运行时间1/81
PART 1 1.3 空间核动力的优势 7/81 运行时间 电 功 率 能量密度大，容易实现大功率供电（kW~MW），高功率下的功率质量比更大； 功率调节范围大、机动性强，重量轻、体积小、比面积小、隐蔽性好； 自主能源，不依赖太阳能照射，不需要对日定向，可全天候工作； 环境适应性好，生存能力强，可在尘暴、高温、辐射条件下工作 空间核动力是军事航天的理想能源，是深空探测不可替代的空间能源
2技术特点PartM6TONGL空间核动力的分类空间放射性同位素热源空间放射性同位素电源概述应用场景核热推进功率需求空间核反应堆电源厂技术路线堆芯选型热电转换方式选型废热排出方式选型
Part2 技术特点 ◆ 空间核动力的分类 ◆ 空间放射性同位素热源 ◆ 空间放射性同位素电源 ◆ 核热推进 ◆ 空间核反应堆电源 概述 应用场景 功率需求 技术路线 堆芯选型 热电转换方式选型 废热排出方式选型
W2NuclearThermal-hydraulicLaboratory2.1空间核动力的分类ATHeL核反应堆热工水力研究实验室PART空间核动力，是在航天活动中所使用的核能的统称。根据核能的产生方式，可以分为空间放射性同位素和空间核反应堆；根据核能的应用自的，可以分为空间核热源和空间核电源本讲将在概述其他空间核动力类型后，重点介绍空间核反应堆电源空间核动力放射性同位素核反应堆核反应堆电源拔热推斑同素电池回位素热测静态转换动态转换n温装转换朗青循环高子金属转崔领宿特林铺转换S换移电推进双模式空间核动力系气9/81
PART 2 2.1 空间核动力的分类 9 /81 空间核动力，是在航天活动中所使用的核能的统称。 根据核能的产生方式，可以分为空间放射性同位素和空间核反应堆；根据核 能的应用目的，可以分为空间核热源和空间核电源。 本讲将在概述其他空间核动力类型后，重点介绍空间核反应堆电源
2NuclearThermal-hydraulicLaboratory2.2空间放射性同位素热源rTHet核反应堆热工水力研究实验室PART概念：放射性同位素热源（Radioisotopeheatunit，RHU）是利用放射性同位素的衰变能制成的热源用途：为航天器的仪器仪表创建和保持温度适宜的工作环境特点：服役寿期长、体积小、功率稳定抗烧蚀层基本构成：同位素热源燃料和包封燃料的燃料盒隔热层包壳A支撑部件性能参数：功率密度（W/cm3）；燃料核素的半衰期（Tiz）福包壳B源芯主要分类：α热源、β热源、热源由于不需很重的屏蔽体，空间应用一般采用0热源燃料选型：210Po（针）、242Cm（）一一功率密度高，寿期RHU基本结构示意图238Pu（环）、244Cm（铜）一一功率密度低，寿期长由于中子本底较低，空间应用绝大多数采用238Pu热源238210 Po-23U + He200 Pb + He一8419410/81
PART 2 2.2 空间放射性同位素热源 10 /81 概念：放射性同位素热源（Radioisotope heat unit, RHU）是利用 放射性同位素的衰变能制成的热源 用途：为航天器的仪器仪表创建和保持温度适宜的工作环境 特点：服役寿期长、体积小、功率稳定 基本构成：同位素热源燃料和包封燃料的燃料盒 性能参数：功率密度（W/cm3）；燃料核素的半衰期（T1/2） 主要分类：α热源、β热源、γ热源 由于不需很重的屏蔽体，空间应用一般采用α热源 燃料选型：210Po（钋）、242Cm（锔）——功率密度高，寿期短 238Pu（钚）、244Cm（锔）——功率密度低，寿期长 由于中子本底较低，空间应用绝大多数采用238Pu热源 RHU基本结构示意图 238 234 4 94 92 2 Pu U H → + e 210 206 4 84 82 2 Po Pb H → + e
Nuclear Thermal-hydraulic Laboratory2.3空间放射性同位素电源ATHeL核反应堆热工水力研究实验室PART基本概念：放射性同位素电源是在较大功率的放射性同位素热源基础上配合发电装置，从而输出电能的电源系统发电装置：静态转换热电偶温差发电：技术成熟、应用广泛动态转换一布雷顿循环、斯特林循环等：技术复杂、尚无工程应用卡西尼号土星探测器上的238Pu放射性同位素电源装载238Pu的好奇号火星车核电池11/81
PART 2 2.3 空间放射性同位素电源 11/81 卡西尼号土星探测器上的238Pu放射性同位素电源 装载238Pu的好奇号火星车核电池 基本概念：放射性同位素电源是在较大功率的放射性同位素热源基础上配合发电 装置，从而输出电能的电源系统 发电装置：静态转换——热电偶温差发电：技术成熟、应用广泛 动态转换——布雷顿循环、斯特林循环等：技术复杂、尚无工程应用