核热火箭堆芯组件电加热测试技术研究进展

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作者 李晓亮 邵明雪 +3 位作者 蔡开元 李小多 吴逊亮 丰松江 《中国空间科学技术(中英文)》 北大核心 2025年第3期56-66,共11页

核热推进作为空间核动力的关键方向,近年来被不断发展。堆芯组件作为核热火箭的重要组成部分,对其在较高温度下的耐热性、氢兼容性以及材料结构的稳定性进行检测,对核热火箭发动机的研制非常重要。对比国外开展的一些先进的电加热测试技... 核热推进作为空间核动力的关键方向,近年来被不断发展。堆芯组件作为核热火箭的重要组成部分,对其在较高温度下的耐热性、氢兼容性以及材料结构的稳定性进行检测,对核热火箭发动机的研制非常重要。对比国外开展的一些先进的电加热测试技术,分别介绍了地面感应加热、电弧加热、射频加热以及直流电直接加热四种方式设计的用于开发和测试堆芯组件的地面模拟设施。分析了不同设备开展地面模拟实验的一些具体的工作参数,对各装置的优缺点进行对比分析。指出开展地面模拟实验可以在较低成本下了解样本材料和组件的热稳定性、结构强度、抗热氢腐蚀能力和抗辐照能力方面的优缺点,进而筛选最佳材料。地面模拟实验设施的不断发展和改进将使核热火箭堆芯组件的开发更加准确可靠,这对推动中国核热火箭的研制,进而实现空间核动力推进有重要意义。 展开更多

关键词 核热推进 地面模拟 电加热 堆芯组件 热性能

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颗粒床反应堆燃料组件瞬态特性研究

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作者 毛晨瑞 吉宇 +2 位作者 孙俊 郎明刚 石磊 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第4期76-82,共7页

核热推进系统不仅要像传统动力堆产生预期功率,还需具备快速启动与推力调节的能力,以满足其变轨与机动的需求。因此,瞬态分析对于核热推进系统的方案设计、运行策略和集成试验等有重要作用。以颗粒床反应堆燃料组件为研究对象,建立了一... 核热推进系统不仅要像传统动力堆产生预期功率,还需具备快速启动与推力调节的能力,以满足其变轨与机动的需求。因此,瞬态分析对于核热推进系统的方案设计、运行策略和集成试验等有重要作用。以颗粒床反应堆燃料组件为研究对象,建立了一维瞬态热工水力模型,并分析了功率提升过程以及反应性引入后的响应特性。研究发现由于颗粒床反应堆热量载出能力强,且燃料颗粒自身热容小,因此在启动等瞬态过程中换热滞后现象较弱,从而避免了堆芯内由于蓄热效应显著可能造成的超温或热应力过大等现象,有利于实现快速启动。额定工况下引入阶跃反应性,冷却剂载热滞后于堆芯释热约0.1 s,同样有利于系统功率和推力的快速调节。此外,颗粒床反应堆堆芯阻力会随着功率升高而增大,因此在启动和推力调节等过程中需要进一步研究反应性引入与推进剂供应量的匹配技术,以实现核热推进系统的运行与控制。 展开更多

关键词 颗粒床反应堆 核热推进系统 燃料组件 瞬态模型 快速启动

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空间核电源热电转换技术研究综述 被引量：1

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作者 陈金利 薛翔 +3 位作者 王园丁 王浩明 杜磊 林庆国 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第4期42-54,共13页

空间热电转换技术是空间核电源的关键技术之一,发电功率覆盖瓦级至兆瓦级,可满足各类航天任务对空间电源的需求,因此发展空间热电转换技术至关重要。从基本原理、国内外应用情况等方面梳理包括热电偶转换、热离子转换、碱金属转换、磁... 空间热电转换技术是空间核电源的关键技术之一,发电功率覆盖瓦级至兆瓦级,可满足各类航天任务对空间电源的需求,因此发展空间热电转换技术至关重要。从基本原理、国内外应用情况等方面梳理包括热电偶转换、热离子转换、碱金属转换、磁流体转换、热光伏转换、朗肯循环、斯特林循环和布雷顿循环在内的各种空间核电源热电转换技术研究进展,总结各种热电转换技术空间应用的技术难点,分析热电转换技术实现长寿命、免维护基本要求的研发方向,针对不同空间核电源的功率需求,提出热电转换技术主导方案。当空间核电源功率需求小于100 kWe时,建议采用热电偶转换或热离子转换等静态热电转换技术;当功率需求超过100 kWe时,应采用布雷顿循环等动态热电转换技术。 展开更多

关键词 空间核电源 热电转换 静态转换 动态转换 性能提升

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深空探测核电推进航天器的热电转换技术方案评估 被引量：1

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作者 薛翔 陈金利 +2 位作者 王浩明 唐志鹏 王园丁 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第4期55-65,共11页

面向未来超远距离的深空探测任务,核电推进方式凭借高比冲、长寿命等特点成为了目前较优的可选方案。核电推进航天器利用热电转换技术将核反应堆的热能转换为电推进系统所需的电能。为了进一步扩大深空探测距离并缩短任务周期,需要借助... 面向未来超远距离的深空探测任务,核电推进方式凭借高比冲、长寿命等特点成为了目前较优的可选方案。核电推进航天器利用热电转换技术将核反应堆的热能转换为电推进系统所需的电能。为了进一步扩大深空探测距离并缩短任务周期,需要借助大功率核反应堆及其配套的热电转换技术提高电推进系统的功率等级。该技术方案受制于核反应堆等级、系统功率密度、技术成熟度等多方面因素。通过不同方案对比,初步拟定了核电推进航天器上采用的热电转换技术方案并进行了相应评估,同时确定了方案中的主要限制因素与最大风险挑战。 展开更多

关键词 核电推进 航天器 热电转换 技术方案

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核热推进系统分析程序模型与计算方法初步研究 被引量：1

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作者 毛晨瑞 吉宇 +2 位作者 孙俊 郎明刚 石磊 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期680-688,共9页

核热推进(NTP)系统具有高比冲、大推力和工作时间长等特点,在深空探测和轨道机动等方面具有明显的优势。系统性能分析是NTP系统研发与设计的重要内容。结合对国际历史上已开发程序的分析以及现阶段的研发需求,将系统性能分析划分为稳态... 核热推进(NTP)系统具有高比冲、大推力和工作时间长等特点,在深空探测和轨道机动等方面具有明显的优势。系统性能分析是NTP系统研发与设计的重要内容。结合对国际历史上已开发程序的分析以及现阶段的研发需求,将系统性能分析划分为稳态设计点性能分析与优化、稳态非设计点性能分析以及瞬态性能分析3个主要环节。在清华大学核能与新能源技术研究院自主开发的核动力发动机系统分析程序PANES基础上,提出了基于“流网-热网”的系统分析程序框架,并建立了反应堆中子动力学与涡轮泵动态特性等数学模型,提出了对应的计算分析方法,拓展了原程序的功能。该工作为NTP系统设计方法的进一步研究和应用提供了重要基础。 展开更多

关键词 核热推进 系统性能分析 程序开发 点堆模型 涡轮泵

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太空核推进技术引领深空探索动力变革 被引量：1

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作者 张嘉毅 《国际太空》 2024年第1期52-55,共4页

当前,全球太空探索进入大发展时代,飞得更快、飞得更远成为航天大国追求的更高目标。核动力火箭具有功率高、比冲大、工作时间长等特点,十分契合深空探索、深空运输等任务需求,是未来太空运输技术发展的重要方向之一。美国国家航空航天... 当前,全球太空探索进入大发展时代,飞得更快、飞得更远成为航天大国追求的更高目标。核动力火箭具有功率高、比冲大、工作时间长等特点,十分契合深空探索、深空运输等任务需求,是未来太空运输技术发展的重要方向之一。美国国家航空航天局(NASA)副首席技术官大卫·施泰茨曾表示,为实现人类火星任务,美国应创建国家太空核推进实验室,开发太空核推进这一将改变太空旅行游戏规则的关键技术。 展开更多

关键词 太空旅行 太空探索 航天大国 深空探索 首席技术官 核推进 游戏规则 美国国家航空航天局

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基于氢工质热工循环的核热火箭发动机堆芯技术发展现状

7

作者 邵明雪 李晓亮 +3 位作者 李小多 蔡开元 吴逊亮 丰松江 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期593-603,共11页

核热推进是未来深空探测和星际航行的可靠技术方案。反应堆是核热火箭的能量来源,堆芯的功率分布/核燃料几何构型对氢工质的加热有直接影响,氢工质热工循环决定了核热火箭发动机的动力学品质。基于20世纪美国与前苏联/俄罗斯的典型反应... 核热推进是未来深空探测和星际航行的可靠技术方案。反应堆是核热火箭的能量来源,堆芯的功率分布/核燃料几何构型对氢工质的加热有直接影响,氢工质热工循环决定了核热火箭发动机的动力学品质。基于20世纪美国与前苏联/俄罗斯的典型反应堆方案的研究结果,综述了反应堆燃料元件模块化和低浓缩铀(LEU)化的发展趋势,概述了反应堆在新发展趋势下的技术路径:(1)调整反应堆内慢化剂元件的材料与体积分数;(2)优化反应堆内工质的传热流动特性。分析涉及到的燃料元件、简化模型,探究堆芯内燃料元件冷却剂通道结构的优化设计方案对反应堆出口参数的影响,为提高核热火箭发动机性能参数提供了新思路。 展开更多

关键词 核热火箭发动机 氢工质热工循环 模块化 低浓缩铀 燃料元件

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序

8

作者 谭永华 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第4期F0002-F0002,共1页

核热火箭发动机作为核运载器上面级和空间推进动力,具有高比冲、大推力、长寿命等特点,其理论比冲可达当前化学工质火箭发动机最高比冲的两倍以上,是实现深空探测、大规模星际航行等航天任务的理想动力,也是未来航天运输系统及航天动力... 核热火箭发动机作为核运载器上面级和空间推进动力,具有高比冲、大推力、长寿命等特点,其理论比冲可达当前化学工质火箭发动机最高比冲的两倍以上,是实现深空探测、大规模星际航行等航天任务的理想动力,也是未来航天运输系统及航天动力的重要发展方向。由于核反应堆的能量密度巨大,不仅可以实现核热推进模式,还可以实现热电转换,为核热火箭或空间飞行器长期在轨运行提供充足的能量供应。 展开更多

关键词 星际航行 热电转换 空间飞行器 能量密度 理论比冲 航天运输系统 航天任务 大推力

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核热火箭发动机技术发展态势分析与启示

9

作者 彭乐钦 杨宝娥 +4 位作者 马元 高玉闪 杨岸龙 徐天罡 吴慧博 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第4期14-30,共17页

为解决航天任务中太阳能利用困难和化学能能力瓶颈的问题,发展空间核动力势在必行。核热火箭发动机具有运行能量转换效率高、推力调节范围广、比冲大、长驻留、启动快、可多次启停等优点,近年来再次成为国内外研究热点。通过回顾美俄在... 为解决航天任务中太阳能利用困难和化学能能力瓶颈的问题,发展空间核动力势在必行。核热火箭发动机具有运行能量转换效率高、推力调节范围广、比冲大、长驻留、启动快、可多次启停等优点,近年来再次成为国内外研究热点。通过回顾美俄在核热火箭发动机技术上的发展历程,梳理涉及的反应堆、发动机、推进剂管理、地面试验、系统仿真与核安全等相关的关键技术,总结美俄核热火箭发动机发展的启示,为未来空间核热火箭发动机的规划论证与技术研发提出发展建议。 展开更多

关键词 固体堆芯 核热火箭 发动机 反应堆 地面试验 系统仿真

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核火箭发动机技术特点研究及应用前景展望

10

作者 伍赛特 《科技创新与应用》 2024年第16期28-32,38,共6页

以推进技术对空间探测的重要性作为切入点,介绍核火箭发动机的总体分类,以及核热火箭发动机及核电火箭发动机的技术特点,并对其应用前景及未来发展方向作重点展望。未来,更有望采用由核热推进及核电推进组成的双模式推进系统;而核聚变... 以推进技术对空间探测的重要性作为切入点,介绍核火箭发动机的总体分类,以及核热火箭发动机及核电火箭发动机的技术特点,并对其应用前景及未来发展方向作重点展望。未来,更有望采用由核热推进及核电推进组成的双模式推进系统;而核聚变推进技术同样也是一项重点发展方向,但考虑到当前的技术水平,该类推进方式尚处于理论研究阶段。而由核辐射引发的安全性问题,则是未来发展核火箭发动机时需要首先考虑的因素。 展开更多

关键词 火箭发动机 核火箭发动机 核热推进 核电推进 核聚变 核动力 核辐射 空间推进

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航天器核动力推进系统热力学性能研究 被引量：15

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作者 冯致远 张昊春 +2 位作者 吉宇 程献伟 赵广播 《载人航天》 CSCD 2016年第6期797-804,共8页

作为未来航天能源重要候选的以C02为工质的布雷顿循环空间核动力系统，目前在热力循环分析的研究方面有待深入。以钠冷快堆超临界C02布雷顿循环作为分析对象,针对不同工质最高循环温度下的循环效率以及不同的增压比和低温回热器冷端温... 作为未来航天能源重要候选的以C02为工质的布雷顿循环空间核动力系统，目前在热力循环分析的研究方面有待深入。以钠冷快堆超临界C02布雷顿循环作为分析对象,针对不同工质最高循环温度下的循环效率以及不同的增压比和低温回热器冷端温差对循环效率的影响进行了研究。通过建立C02实际气体的RK方程和焓表达式，得出了输出功率随增压比的变化规律。研究结果表明提高循环最高温度和增压比均能有效提升循环效率，但提高增压比将影响回热器的回热效果，而较低的增压比会使高温回热器热负荷显著增加，合适增压比范围为3.0~3.2。 展开更多

关键词 闭式布雷顿循环 超临界CO2 RK方程 增压比

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核热火箭发动机循环方案对比分析 被引量：4

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作者 王戈 郎明刚 +6 位作者 李家文 魏延明 周成 李泽光 孙俊 从云天 袁化宇 《载人航天》 CSCD 北大核心 2019年第2期196-201,共6页

针对未来载人火星探测、大型星际货物运输等的空间动力问题,开展核热推进技术系统循环方案展开对比分析。根据文献调研结果,确定了热抽气循环、冷抽气循环和膨胀循环等3种核热火箭发动机系统循环备选方案,根据自编核热火箭发动机参数平... 针对未来载人火星探测、大型星际货物运输等的空间动力问题,开展核热推进技术系统循环方案展开对比分析。根据文献调研结果,确定了热抽气循环、冷抽气循环和膨胀循环等3种核热火箭发动机系统循环备选方案,根据自编核热火箭发动机参数平衡计算软件,针对10 t推力的核热火箭发动机应用背景,对上述3种方案进行系统参数平衡计算,得到各方案详细的热平衡工作参数;根据计算结果对3种方案进行对比分析,在相同初始设计条件下,膨胀循环方案推力和比冲均最高,性能最优越,可以作为今后核热火箭发动机系统的首选方案。 展开更多

关键词 核热火箭发动机 热平衡计算 抽气循环 膨胀循环

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大推力核热火箭运载器及动力特性分析 被引量：3

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作者 朱岩 马元 +2 位作者 南向谊 李光熙 张栋 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第3期388-393,399,共7页

根据大推力核热火箭发动机的背景要求,论证提出了一种百吨推力闭式循环核热火箭发动机系统方案,完成了系统参数的分析评估,计算结果表明,反应堆出口推进剂温度显著影响发动机比冲,当反应堆出口温度在2500 K^3000 K范围时,发动机真空比冲... 根据大推力核热火箭发动机的背景要求,论证提出了一种百吨推力闭式循环核热火箭发动机系统方案,完成了系统参数的分析评估,计算结果表明,反应堆出口推进剂温度显著影响发动机比冲,当反应堆出口温度在2500 K^3000 K范围时,发动机真空比冲为8000 N·s/kg^8800 N·s/kg。在此基础上,针对航天运输主动力火箭方案,对比分析了核热火箭与化学火箭的差异,评估了核热火箭弹道仿真及运载能力,结果表明,核动力火箭由于其高比冲的特性,运载系数远高于传统动力火箭。 展开更多

关键词 核热火箭发动机 百吨推力 性能分析 弹道计算 运载能力评估

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核热火箭发动机反应堆结构特性分析

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作者 赵润喆 吕征 +1 位作者 解家春 霍红磊 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第4期31-41,共11页

核热火箭具有推力大、比冲高的特点,在长距离、高载荷的空间任务中相较常规推进方式具有巨大优势。与地面常规反应堆相比,核热火箭反应堆尺寸、质量要求严格,同时运行温度高,热应力大,还需承受发射时的恶劣力学环境,因而需要合理稳固的... 核热火箭具有推力大、比冲高的特点,在长距离、高载荷的空间任务中相较常规推进方式具有巨大优势。与地面常规反应堆相比,核热火箭反应堆尺寸、质量要求严格,同时运行温度高,热应力大,还需承受发射时的恶劣力学环境,因而需要合理稳固的结构设计。基于此需求开展调研总结,主要整理了美国NERVA-I型、NERVA-II型和CERMET燃料核热火箭反应堆的结构设计,梳理核热火箭反应堆典型结构设计,总结国外设计经验,为核热火箭方案迭代与实现提供参考。 展开更多

关键词 核热火箭 反应堆 结构

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核热推进包覆燃料颗粒耐高温性能研究 被引量：3

15

作者 张良 曾强 +1 位作者 潘小强 李圆圆 《载人航天》 CSCD 北大核心 2019年第2期202-207,共6页

为确定TRISO包覆燃料颗粒作为核热推进系统燃料的适用性,采用ZrO_2模拟TRISO核燃料中UO_2核芯,对包覆颗粒的耐高温性能进行了研究。在氩气环境中分别进行1800 K～2300 K耐高温性能研究,统计了颗粒在不同温度下的破损情况及压碎强度,并... 为确定TRISO包覆燃料颗粒作为核热推进系统燃料的适用性,采用ZrO_2模拟TRISO核燃料中UO_2核芯,对包覆颗粒的耐高温性能进行了研究。在氩气环境中分别进行1800 K～2300 K耐高温性能研究,统计了颗粒在不同温度下的破损情况及压碎强度,并利用体视显微镜、SEM等手段观察颗粒形貌。研究发现,2000 K时包覆颗粒出现破损,2200 K时颗粒破损率已高达70%;当温度不超过2000 K时,包覆颗粒压碎强度变化不明显,而2000 K以上时,SiC层断裂形式由以"穿晶断裂"为主逐渐转变为以"沿晶断裂"为主,颗粒压碎强度随温度的升高显著降低。 展开更多

关键词 核热推进 TRISO包覆燃料颗粒 耐高温性能 压碎强度 破损率

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D-^3He先进燃料聚变空间核动力推进器的可行性探索 被引量：3

16

作者 陈志 冯开明 +1 位作者 邓柏权 袁涛 《科学技术与工程》 2005年第2期124-127,共4页

探索了一种高比推力、高有效载荷的D-3 He聚变燃料火箭的可行性,对化学燃料火箭、裂变燃料推进器与聚变燃料火箭发射时的有效载荷份额与飞行使命的时间之间的折衷关系做了比较。从能量守恒关系分析了D-3 He聚变燃料火箭先进性的基本原理... 探索了一种高比推力、高有效载荷的D-3 He聚变燃料火箭的可行性,对化学燃料火箭、裂变燃料推进器与聚变燃料火箭发射时的有效载荷份额与飞行使命的时间之间的折衷关系做了比较。从能量守恒关系分析了D-3 He聚变燃料火箭先进性的基本原理,以及运用D-3 He聚变反应作为空间飞行推进单元的优点。除了月球表层土中有丰富的氦-3资源外,也对地球外层空间中其余行星,如金星、水星和火星上的3He资源作了定量的估算。 展开更多

关键词 空间核动力 推进器 高比推力

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浅谈核动力航天探测器现状及发展研究 被引量：2

17

作者 姜艳青 周阳 +1 位作者 郭宗帅 郭鹏飞 《科学技术创新》 2018年第36期12-13,共2页

航天探测中,由于无法使用太阳能或者太阳能的利用效率太低,需要使用空间核电源。当前用于月球表面、火星表面、木星及以远的飞行任务中的核动力航天探测器,均利用的同位素核源衰变能。近纵观核动力航天探测器的发展历程,同位素电源依然... 航天探测中,由于无法使用太阳能或者太阳能的利用效率太低,需要使用空间核电源。当前用于月球表面、火星表面、木星及以远的飞行任务中的核动力航天探测器,均利用的同位素核源衰变能。近纵观核动力航天探测器的发展历程,同位素电源依然在航天探测中发挥着重要作用,大功率空间核电源结合电推进将成为未来航天探测的重要关注方向。 展开更多

关键词 核动力航天探测器 同位素 电源反应堆

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应用于核能衰变微推进控制的驱动设计

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作者 徐飞 夏彦 +2 位作者 何世熠 肖文磊 刘国青 《航天控制》 CSCD 北大核心 2020年第1期76-80,共5页

利用放射性元素α衰变发射高速粒子产生反推力,研究了的核能衰变的推进技术。考虑到α粒子的弱穿透性,运用面积遮挡的方式改变推力。采用超声电机实现α粒子推力薄膜的精确控制,针对直线型与环形超声电机设计了2种驱动方案,分别是旋转... 利用放射性元素α衰变发射高速粒子产生反推力,研究了的核能衰变的推进技术。考虑到α粒子的弱穿透性,运用面积遮挡的方式改变推力。采用超声电机实现α粒子推力薄膜的精确控制,针对直线型与环形超声电机设计了2种驱动方案,分别是旋转超声电机驱动光阑和直线型超声电机驱动对开式开关,详细描述了原理和结构,并对其矢量合成做了分析。 展开更多

关键词 驱动设计 超声电机 Α衰变

原文传递

美俄核热推进技术发展现状与启示 被引量：6

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作者 杨玉新 任全彬 +3 位作者 段艳娟 田维平 唐敏 张光喜 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期399-409,共11页

核热推进系统具有推力大、比冲高、能量转换效率高、长时间工作、推力可调、多次启动等优点,近年来再一次成为国际研究的热点。全文全面介绍了核热推进系统的类型与工作原理,总结了美、俄两国核热推进技术的发展现状及典型反应堆与燃料... 核热推进系统具有推力大、比冲高、能量转换效率高、长时间工作、推力可调、多次启动等优点,近年来再一次成为国际研究的热点。全文全面介绍了核热推进系统的类型与工作原理,总结了美、俄两国核热推进技术的发展现状及典型反应堆与燃料元件的设计方案和性能特点,梳理了存在的主要关键技术问题,并结合我国实际提出了发展建议。 展开更多

关键词 核热推进 核热冲压发动机 核热涡喷发动机 反应堆 燃料元件

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核热火箭发动机系统循环方案分析与设计 被引量：10

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作者 吉宇 毛晨瑞 +2 位作者 孙俊 郎明刚 石磊 《火箭推进》 CAS 2022年第1期14-21,共8页

核热火箭发动机是未来实现载人火星探测的首选动力方案,其具备高比冲、大推力和长工作寿命等优点。我国在此方面研究较少,亟需开展核热推进技术理论及方法的研究。核热火箭发动机系统循环分析与设计是关键问题之一,对推进系统总体设计... 核热火箭发动机是未来实现载人火星探测的首选动力方案,其具备高比冲、大推力和长工作寿命等优点。我国在此方面研究较少,亟需开展核热推进技术理论及方法的研究。核热火箭发动机系统循环分析与设计是关键问题之一,对推进系统总体设计有重要意义。分析了3种可用于核热火箭发动机系统循环的方案特点,基于闭式膨胀循环设计了比冲为910 s的氢气核热推进系统和比冲为390 s的氨气核热推进系统方案,对比发现氢气系统更适合于载人深空探测,而氨气系统在推进剂长期在轨储存和对涡轮泵及反应堆的设计要求等方面有一定的优势,可胜任轨道高度变化相对较小的长期多次空间探测任务,作为液氧甲烷发动机的补充和替代。此外,结合设计过程以及核火箭发动机与化学火箭发动机的差异,围绕系统循环分析与设计提出了几点研究内容,为我国核热推进系统的发展提供参考。 展开更多

关键词 核热火箭发动机 氢气 氨气 系统循环 载人火星探测

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