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星球表面探测用核反应堆电源初步研究 被引量:7
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作者 彭磊 谢奇林 +2 位作者 范晓强 梁文峰 任保国 《载人航天》 CSCD 2015年第3期237-242,共6页
空间核反应堆电源能在缺乏太阳光照的环境中满足大功率、长时间供电的需求,美国和俄罗斯均将其确定为空间技术中优先发展的重点。对此背景,以安全可靠、技术可行和整体最优为原则,结合美国、苏/俄研发经验,对用于星球表面探测的空间核... 空间核反应堆电源能在缺乏太阳光照的环境中满足大功率、长时间供电的需求,美国和俄罗斯均将其确定为空间技术中优先发展的重点。对此背景,以安全可靠、技术可行和整体最优为原则,结合美国、苏/俄研发经验,对用于星球表面探测的空间核反应堆电源进行了初步研究。通过对反应堆、控制与保护、屏蔽,以及热电能量转换和传热散热的分析,提出了采用UO2燃料的快堆、液体碱金属或热管冷却、斯特林或温差电能量转换的初步选型,并提出了核反应堆电源发射和在星球表面布置的初步实现过程,可为星球表面核反应堆电源设计提供基础。 展开更多
关键词 空间电源 核反应堆 深空探测 星球表面
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空间反应堆Brayton循环的热力学特性 被引量:6
2
作者 李智 杨小勇 +1 位作者 王捷 张作义 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期537-543,549,共8页
地面Brayton循环系统具备高效、紧凑的特点,经过优化后,可适用于空间反应堆。该文利用Fortran语言对空间Brayton循环进行数学建模,以循环工质为基础对系统进行改进,对氦氙混合工质下闭式Brayton循环进行热力学分析,讨论混合工质成分变化... 地面Brayton循环系统具备高效、紧凑的特点,经过优化后,可适用于空间反应堆。该文利用Fortran语言对空间Brayton循环进行数学建模,以循环工质为基础对系统进行改进,对氦氙混合工质下闭式Brayton循环进行热力学分析,讨论混合工质成分变化对Brayton循环的综合影响。研究结果表明:加入氙气降低了Brayton循环热力学性能,循环效率和比功均有降低;但氙气的加入有效降低压气机膨胀功,改善循环气动性能。氦气与氙气在热力性能与气动性能中表现互补,纯氦工质中加入适量氙气可使Brayton循环系统减少压气机、换热器数量,从而具备空间应用的潜力。 展开更多
关键词 空间反应堆 Brayton循环 氦氙混合气体 热力学分析
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空间核反应堆电源用核燃料研制进展 被引量:6
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作者 钱跃庆 孙晓博 刘文涛 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期45-49,共5页
核燃料是空间核反应堆电源的主要材料之一,由于空间核反应堆电源的运行条件明显有别于地面反应堆,空间核反应堆电源用核燃料的类型和技术要求也明显不同于地面反应堆。国际上空间核反应堆电源用核燃料研制取得了长足的进展,多种核燃料... 核燃料是空间核反应堆电源的主要材料之一,由于空间核反应堆电源的运行条件明显有别于地面反应堆,空间核反应堆电源用核燃料的类型和技术要求也明显不同于地面反应堆。国际上空间核反应堆电源用核燃料研制取得了长足的进展,多种核燃料材料在工程应用中得到了检验,并在持续开发新型核燃料。我国在亚化学计量二氧化铀芯块、铀钼合金、铀氢锆合金、碳化铀芯块、氮化铀芯块等多种具备在空间堆中应用的燃料材料上开展了一定的研究,并掌握了部分材料性能数据。本文就上述内容展开论述,同时针对与国际相应领域明显落后的实际情况,提出了我国后续核燃料研究的初步设想。 展开更多
关键词 空间核反应堆电源 核燃料 研制进展
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热管冷却反应堆燃料组件稳态热分析 被引量:3
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作者 胡攀 陈立新 +1 位作者 王立鹏 张良 《现代应用物理》 2013年第4期374-378,共5页
利用有限元方法对空间核反应堆电源系统(space power reactor systems,SPRS)中热管冷却反应堆燃料组件进行了稳态热分析。针对相邻燃料组件间的理想接触与非理想接触两种情况,评估了组件间的热接触状况、功率水平对其温度场分布的影响... 利用有限元方法对空间核反应堆电源系统(space power reactor systems,SPRS)中热管冷却反应堆燃料组件进行了稳态热分析。针对相邻燃料组件间的理想接触与非理想接触两种情况,评估了组件间的热接触状况、功率水平对其温度场分布的影响。结果表明:相邻燃料组件间在理想接触情况下,温度最高点位于燃料棒中心,随着表面传热系数的减小,温度最高点逐渐偏离燃料棒中心位置,且最高温度随功率水平的增大而呈线性增大。 展开更多
关键词 热管冷却 热接触 空间核反应堆电源系统 热分析
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空间反应堆反应性事故分析
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作者 王浩然 李永琦 +2 位作者 周蓝宇 姚明乐 曾文杰 《新型工业化》 2017年第5期39-46,共8页
空间反应堆具有寿命长、功率大、体积小等优点,可以满足太空探索的需要。本文以TOPAZ-Ⅱ空间反应堆为研究对象,建立堆芯中子点堆动力学模型、堆芯热工模型以及堆芯反应性模型,通过编程计算得到堆芯满功率稳态下慢化剂温度和燃料温度。... 空间反应堆具有寿命长、功率大、体积小等优点,可以满足太空探索的需要。本文以TOPAZ-Ⅱ空间反应堆为研究对象,建立堆芯中子点堆动力学模型、堆芯热工模型以及堆芯反应性模型,通过编程计算得到堆芯满功率稳态下慢化剂温度和燃料温度。采用全隐式向后差分法求解动态方程组,并以堆芯稳态计算为基础,计算TOPAZ-II空间反应堆堆芯控制鼓转角变化时堆芯功率、慢化剂平均温度、燃料平均温度及反应性。计算结果表明随转鼓的角度发生变化的值越大时,反应性的变化趋势、堆芯热功率产生的波动、慢化剂的平均温度减小的速度和燃料的平均温度减小趋势越大,但一段时间后都能维持在某一稳定值,表明堆芯具有较好的安全性。 展开更多
关键词 空间反应堆 稳态模型 动态模型 转鼓角度变化 安全性
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SPARK-Ⅱ转鼓及控制棒驱动机构交叉冗余伺服驱动控制系统的设计
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作者 刘磊 马少君 +2 位作者 袁建东 王禺林 康永 《自动化与仪器仪表》 2020年第1期81-84,共4页
SPARK-Ⅱ转鼓及控制棒的驱动机构需要高可靠的驱动控制,实现该驱动控制功能的设备定义为转鼓及控制棒驱动机构驱动控制器,是指把堆控计算机的指令转化为驱动机构的驱动信号,并能通过对驱动机构的状态采集实现对多套转鼓及控制棒驱动机... SPARK-Ⅱ转鼓及控制棒的驱动机构需要高可靠的驱动控制,实现该驱动控制功能的设备定义为转鼓及控制棒驱动机构驱动控制器,是指把堆控计算机的指令转化为驱动机构的驱动信号,并能通过对驱动机构的状态采集实现对多套转鼓及控制棒驱动机构的精确控制的控制系统。驱动控制器开展具备双冗余控制器对多台双冗余机构的交叉冗余伺服驱动控制设备的设计,控制器由两组备份的逻辑控制单元、电机交叉冗余切换单元、旋变测量信号切换单元、模拟量调理与切换单元、电磁驱动控制单元及9组电机驱动单元等组成,并通过1553B与堆控计算机通信。通过采用工业器件对设计的控制器的性能进行了检验,设备具备良好的控制性能,能够满足对转鼓及控制棒驱动机构的控制。系统接口满足航天相关规范要求。 展开更多
关键词 空间堆 伺服驱动 交叉冗余 控制系统 系统设计
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兆瓦级空间热管反应堆动力系统概念设计 被引量:13
7
作者 张文文 刘逍 +2 位作者 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2160-2164,共5页
针对目前航天技术发展对动力提出的要求,参考国外提出的空间核动力系统设计,提出了新型兆瓦级空间热管反应堆核动力系统概念设计。堆芯为金属锂热管冷却、石墨慢化热中子反应堆,采用转鼓控制反应性,堆芯热量通过热管导出。与国外热管反... 针对目前航天技术发展对动力提出的要求,参考国外提出的空间核动力系统设计,提出了新型兆瓦级空间热管反应堆核动力系统概念设计。堆芯为金属锂热管冷却、石墨慢化热中子反应堆,采用转鼓控制反应性,堆芯热量通过热管导出。与国外热管反应堆设计方案中燃料棒与热管相间布置方案不同,本文采用了热管-燃料复合元件,即燃料包裹于热管外壁面。能量转换采用以氦氙混合气体为工质的布雷顿动态热电转换。系统废热通过钠钾合金冷却回路传递到钾热管辐射板,通过辐射换热释放入太空。对热管反应堆堆芯物理及热工进行了初步分析,并对热管辐射板进行了性能分析,结果表明,所设计热管反应堆堆芯在设计功率下满足相应安全性要求,同时热管辐射板具有足够的能力将系统废热导出。 展开更多
关键词 空间核动力 热管反应堆 布雷顿转换 钾热管辐射板
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空间核动力推进技术研究展望 被引量:9
8
作者 张泽 薛翔 +2 位作者 王园丁 王浩明 杜磊 《火箭推进》 CAS 2021年第5期1-13,共13页
为满足未来太阳系边际探测、深空轨道转移、载人深空探测等大型空间任务对于高可靠、可持续、大功率动力源的需求,空间核动力推进技术成为全球研究热点。通过追踪世界主要国家现阶段空间核动力发展动态,对空间核动力领域模块化、通用化... 为满足未来太阳系边际探测、深空轨道转移、载人深空探测等大型空间任务对于高可靠、可持续、大功率动力源的需求,空间核动力推进技术成为全球研究热点。通过追踪世界主要国家现阶段空间核动力发展动态,对空间核动力领域模块化、通用化、型谱化的发展方向进行了系统性梳理,对涉及的总体技术、散热技术、制造技术、验证技术等关键技术进行了解析。最终总结我国核心优势和潜在风险,为未来空间核动力推进的规划论证与技术研究提供参考。 展开更多
关键词 空间核动力 空间推进 核裂变反应堆 核热推进 核电推进
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氦氙混合比例对堆内通道流动换热特性影响 被引量:5
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作者 黄笛 李仲春 +3 位作者 余霖 何晓强 赵富龙 谭思超 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期745-750,共6页
为了研究氦氙混合比例对不同堆内通道的流动换热特性影响,本文通过对堆芯冷却剂通道进行几何、物理建模,利用STAR-CCM+对氦氙混合气体作冷却剂时的流动换热过程进行数值模拟,计算不同比例下的氦氙混合气体与燃料棒间流动换热的对流换热... 为了研究氦氙混合比例对不同堆内通道的流动换热特性影响,本文通过对堆芯冷却剂通道进行几何、物理建模,利用STAR-CCM+对氦氙混合气体作冷却剂时的流动换热过程进行数值模拟,计算不同比例下的氦氙混合气体与燃料棒间流动换热的对流换热系数。结果表明:氦氙混合气体的物性会影响对流换热系数的变化趋势,在氦氙混合气体摩尔质量为15~20 g/mol时换热性能最好;在相同的流通面积下,冷却剂通道当量直径越大,对流换热系数越小。相关研究结果可为空间堆的设计提供有益参考。 展开更多
关键词 空间核动力 气冷反应堆 堆内通道 冷却剂 流动换热 氦氙混合气体 对流换热系数 数值模拟
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Kilopower与KRUSTY的发展脉络及研发现状 被引量:5
10
作者 缪力威 《科技创新导报》 2020年第17期65-69,共5页
空间核反应堆电源具有功率比高,运行时间长,功率输出高,环境适应性好等一系列优点,在军民航天技术应用中均具有广阔的运用前景,是影响未来太空竞赛格局的重要一环。通过对美国从20世纪80年代至今的空间核反应堆电源,尤其是“Kilopower... 空间核反应堆电源具有功率比高,运行时间长,功率输出高,环境适应性好等一系列优点,在军民航天技术应用中均具有广阔的运用前景,是影响未来太空竞赛格局的重要一环。通过对美国从20世纪80年代至今的空间核反应堆电源,尤其是“Kilopower”相关项目的文献调研,梳理了美国空间裂变堆电源系统的发展脉络,总结了美国最新的研究进展;同时对50年来唯一建成的空间核反应堆电源地面原型堆KRUSTY(“采用斯特林技术的千瓦级反应堆演示验证”)的公开文献进行了调研分析,并对其试验成果进行了总结。 展开更多
关键词 Kilopower KRUSTY 空间核电源 裂变反应堆
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美俄空间核动力技术发展态势评析
11
作者 杭爽 杨洲 +1 位作者 陈国玖 袁子程 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第17期84-90,共7页
新一代空间核动力及推进技术的突破,将颠覆空间探测任务的样式。目前美国、俄罗斯加速了空间核动力系统的研发进程,相关技术处于世界领先地位。梳理了空间核动力系统基本分类和典型应用场景,综述了美俄空间核动力技术的发展历程及现状,... 新一代空间核动力及推进技术的突破,将颠覆空间探测任务的样式。目前美国、俄罗斯加速了空间核动力系统的研发进程,相关技术处于世界领先地位。梳理了空间核动力系统基本分类和典型应用场景,综述了美俄空间核动力技术的发展历程及现状,并分析了美俄空间核动力技术的发展态势。结果表明,与冷战时期相比,未来空间探测任务对核动力系统的功率、灵活性、可靠性和安全性等提出了新的要求;美国、俄罗斯均高度重视空间核动力技术的发展,但发展战略和技术路线均存在差异,美国以下一代太空能力建设和深空探测项目为牵引,全面开展同位素电池、空间反应堆、核热推进系统、核电推进系统的研发;俄罗斯基于自身核电推进技术优势,重点发展核电推进飞船项目,意图以有限的资源投入保持自身太空领域竞争力。 展开更多
关键词 空间核动力 核推进 空间反应堆
原文传递
锂冷空间核反应堆电源研究现状与展望 被引量:1
12
作者 宋勇 周涛 +13 位作者 蒋洁琼 刘超 王磊 谈鹏 翁娜 江新标 高扬 马正军 周新贵 郑友琦 鹿鹏 张智刚 郝祖龙 殷园 《中国基础科学》 2021年第3期21-27,50,共8页
空间核反应堆电源具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、不受日照等环境影响的优点,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线。本文在综述国际空间堆电源发展历程与研究现状的基础上,归纳总结空间堆电源的技术... 空间核反应堆电源具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、不受日照等环境影响的优点,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线。本文在综述国际空间堆电源发展历程与研究现状的基础上,归纳总结空间堆电源的技术发展趋势,针对固有安全、轻量化、长寿期的需求,提出一套兆瓦级小型锂冷空间堆电源方案,梳理锂冷空间堆电源发展需重点关注的研究内容,并介绍目前正在开展的可行性研究工作,为我国空间堆电源研究提供参考。 展开更多
关键词 空间核反应堆电源 液态金属堆 锂冷核反应堆电源
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空间锂冷核反应堆锂解冻方案探析
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作者 李清 李来冬 +2 位作者 刘金宏 葛思淼 胡古 《科技创新与应用》 2021年第31期1-8,14,共9页
空间核反应堆电源在深空探索,太空基站,行星表面基地等拥有难以替代的作用。为了进一步提高空间核反应堆电源输出功率和能量转化率效率,需要大幅度提高反应堆出口温度,锂工质成为高温反应堆的重要选择之一。锂作为空间核反应堆的工质有... 空间核反应堆电源在深空探索,太空基站,行星表面基地等拥有难以替代的作用。为了进一步提高空间核反应堆电源输出功率和能量转化率效率,需要大幅度提高反应堆出口温度,锂工质成为高温反应堆的重要选择之一。锂作为空间核反应堆的工质有相当多的优点:载热密度大,沸点高,密度低,导热性能好等等。但是使用锂作为冷却剂有一个不得不面对的问题:锂高达453.65K的熔点使其在常温下成固态。为了保证反应堆正常启动到达额定功率,必须首先对锂进行解冻。文章介绍了美国空间核反应堆电源SP-100针对锂解冻方案设计所开展的工作,而后对SP-100锂解冻方案优缺点进行了分析,并提出可能的解冻方案和研究思路。希望通过提供的解冻方案和研究思路能为解决空间锂冷核反应堆在锂解冻过程中存在的问题提供有益的借鉴。 展开更多
关键词 空间核反应堆 空间核反应堆电源 空间锂冷核反应堆 SP-100 熔融解冻
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空间核反应堆电源技术需求和应用分析 被引量:1
14
作者 闫锋哲 赵强 《科技视界》 2019年第18期52-53,共2页
相较于地面反应堆而言,空间核反应堆电源运行条件较严格,对核燃料也有较高的要求。因此,本文以空间核反应堆电源技术为研究对象,阐述了空间核反应堆电源基本概念及原理,分析了空间核反应堆电源技术应用需求。并对空间核反应堆电源技术... 相较于地面反应堆而言,空间核反应堆电源运行条件较严格,对核燃料也有较高的要求。因此,本文以空间核反应堆电源技术为研究对象,阐述了空间核反应堆电源基本概念及原理,分析了空间核反应堆电源技术应用需求。并对空间核反应堆电源技术应用发展前景进行了简单的分析,以期为空间核反应堆电源技术的有效应用提供一定的借鉴。 展开更多
关键词 空间核反应堆电源技术 能源转换 反应堆
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