空間核動力推進技術研究展望

張 澤，薛 翔，王園丁，王浩明，杜 磊

(上海空間推進研究所 上海空間發動機工程技術研究中心，上海 201112)

0 引言

隨著人類的探測活動向深遠空間不斷拓展，對于可靠性高、能量密度大、使用壽命長、不受環境因素影響的動力源的需求日益突出，而傳統化學推進系統因推進劑攜帶量的限制已經難以滿足要求。目前最常用的深空探測器能源供給方式為太陽能電池陣列發電，然而隨著功率需求的提高和對日距離的增長，太陽能發電的效能顯著降低，對于100 kW以上的大功率任務已經不再適用。目前看來，核能是未來空間能源的必然發展方向，各國也對空間核動力進行了長期和深入的探索。

根據現階段技術發展，在空間推進領域利用核能的主要途徑有兩種：一是通過核反應堆釋放的能量將推進劑直接加熱到2 500 K以上，隨后噴管內將熱能轉化成定向噴射動能，即核熱推進；二是利用核能進行熱電轉換，然后驅動大功率電推力器工作，即核電推進。核熱推進的能量利用過程與傳統的化學火箭發動機相似，從而達到與之相當的噸級推力，有效避免了多次能量轉換過程中的能量損失和散熱問題，因此效率更高，能夠獲得的推重比也較高，但熱力學原理限制了核熱推進的加速效率，對于比沖的提高相當有限，只能達到800～1 000 s，同時還存在核燃料高溫腐蝕、核裂變產物釋放造成的放射性污染等問題；核電推進由于是通過電磁場對帶電粒子進行加速……