核热推进技术综述

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1、第37卷第4期火箭推进Vo1．37，No．42011年8月JOURNALOFROCKETPROPULSIONAug．2011核热推进技术综述廖宏图(上海空间推进研究所，上海200233)摘要：分析了核热推进相对于现有传统推进技术的优势，介绍了可能的技术实现途径，重点是目前已经实现的固相核热推进技术，并归纳了有关文献对于固相核热推进技术的空间应用分析结果；介绍了核热推进技术的发展历程，并对当前发展态势进行了分析；最后针对我国发展核热推进技术提出几点考虑。关键词：核热推进；技术途径；空间应用；发展历程中图分类号：V439．5—34文献标识码：A文章编号：1672—9374f2011)04—0001

2、—11OverviewofnuclearthermalpropulsiontechnologiesLIAOHong—tu(ShanghaiInstituteofSpacePropulsion，Shanghai200233，China)Abga'act：TheadvantagesofnuclearthermalpropulsionfNTP)overexistingtraditionalpropul—siontechnologiesareanalyzed．Sometechnicalapproacheswhicharepossibletoberealizedarepre—sented．Thecurr

3、entstate—of-the—arttechnologiesofNTPusingsolidnuclearreactorareintroducedemphatically．ThespacemissionanalysisresultsreportedbybysomearticlesaboutsolidphaseNTDtechnologyaresummarized．ThecurrentconditionsofdevelopmentareanalyzedafterintroductiononthedeevelopmenthistoryofNTP．Somesuggestionsonfuturedeve

4、lopmentofNTPinChinaaremade．Kcywords：nuclearthermalpropulsion；technicalapproach；spaceapplication；developmenthis—tO其自身的不足，不能满足日益发展的航天活动的0引言需要。化学推进的能量直接取自推进剂本身所携带空间活动的核心是推进系统，而单位质量推的化学能，因此单位推进剂所能获得的最大能量进剂在单位时间内能够获得的能量及其能够持续是有限的，也就是化学推进的比冲存在一个理论的时间直接决定所能够开展的空间活动的范围与上限。最高能的常用化学推进剂是氢／氧，单位规模。目前所用的推进方式包括化学推

5、进系统和质量推进剂携能13MJ，kg，其最大理论比冲约基于太阳能的电推进系统，这两种推进方式均有／9．8=520收稿日期：2011-05—11；修回日期：2011-06—13作者简介：廖宏图(1968-)，男，高级工程师，研究领域为空间推进万方数据2火箭推进2011年8月太阳能电推进的能量取自太阳能，因此单位上限(核热推进)，或者需要牺牲推力及系统重质量推进剂所能获得的能量，也就是其比冲没有量以换取高比冲(核电推进)。另一方面，因为理论限制，但太阳能需要用太阳电池阵收集，而核能释放率低，核反应产物极其微量，且不易从太阳能流密度(太阳常数)是有限的(如地球附近真固体燃料块中分离，所以核反应产物不

6、能作为推空太阳常数仅1_3KW／m2)，要获得高推力、高比进剂，必须外带推进剂。冲就需要高能量功率，因而需要非常大面积的太即使核能以如此远低于理论上可能的速率释阳能电池阵。一个例子：太阳电池转换效率20％，放，通过合理的结构设计及推进剂、运行参数选电推力器效率60％，若发动机比冲10000s，要获择，仍然可以获得比化学推进高得多的性能。以得l0N推力需要的电功率是：0．5×(10000×9．8)下简单介绍目前已经实现的核热推进方案。×(1×9．8)／o．6=800kwe，在地球附近真空，需要在已经实现的核热推进中，固相核裂变反应的太阳电池阵面积为：800／1．3／0．2=3078m，约半释放的

7、能量首先要以热能形式交换给推进剂，而个标准足球场大小。另一方面，随着与太阳距离后者再通过喷管转换为定向动能。图1给出了固的增加，太阳常数按平方反比关系下降，而且在相核热火箭发动机系统结构示意，采用氢作为推阴影处的太阳常数为零，使得太阳电推进的应用进剂，其流程是：氢泵增压一冷却流道蒸发一部受到了极大限制。分氢气驱动氢泵核反应堆内换热成为高温、高相比于化学能，单位核物质所携带的核能极压氢气一喷管喷出产