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中国完成核动力载人快速火星飞船方案研究 采用大功率核电推进

发布时间:2019-06-24 11:43 来源:未知 编辑:admin

  据中国航天网12月23日消息,日前,中国航天科技集团公司五院502所和总体部合作,在科技部“863”课题“核动力航天器总体技术和安全研究”的支持下,顺利完成了“空间大功率核电推进方案”研究工作,这是我国在新型推进技术领域取得的又一重要研究成果。

  空间大功率核电推进系统是未来大型深空探测的优选方案,更是未来推进技术发展的战略制高点。五院502所和总体部课题组紧紧围绕国内外空间核电推进技术开展了大量的研究工作,同时组织原子能研究院等多名专家进行了多场专题学术交流活动,进一步提高了课题组在核电推进技术领域的研究能力和学术影响力。

  课题组进行了大胆的理论创新和技术攻关,提出了适用于载人火星飞船的、短期内实现地火往返飞行的空间大功率核电推进系统方案,并完成了适用于火星表面起降的推进系统方案的设计与优化,在国内首次完成核电推进系统模型建立和优化设计工作,研究成果得到了相关专家的高度认可。利用该模型,可获得核电推进系统优化设计的基本参数,为未来载人火星飞船设计提供了重要设计手段。

  “空间大功率核电推进方案研究”工作的顺利完成,充分发挥了502所在空间推进领域的技术优势和总体部的抓总作用,为中国空间技术研究院在空间核电推进领域抢占了先机,进一步巩固了其在空间推进领域的领先地位。

  核动力飞船以核能为动力,目前化学燃料的火箭推力太小并且持续力太低,每次发射必须寻找合适的发射窗口,以便利用行星的引力来加速,使飞船能真正飞往宇宙深处。而安装了核动力的飞船和探测器,由于推力强大,不必利用行星引力,更不必担心航线的限制。核动力飞船是未来航天业的必然趋势。

  核动力火箭就是用核能代替传统化学能燃料作为动力的火箭,核动力火箭无论是在动力上还是续航力上都有传统火箭无可比拟的优势。

  美国宇航局曾经研究过新型核动力飞船,通过小当量的核爆产生核脉冲推力,但由于禁止核试条约出台就中止了研究。

  核火箭的技术论证最早出自美国核科学家乌拉姆。早在上世纪50年代,美国曾尝试进行核能推力火箭的研究,中国最有名的火箭专家钱学森在美国时就参加过核能火箭研究。但核能火箭研究面临问题很多,美国直到现在也没能研究出实用的核能推力发动机,唯一成果是推力很小的核能离子火箭,可以在行星探测器上使用。

  1955年,NASA设立“罗孚”(Rover)项目,意图研制用于太空飞行的核热火箭,该项目又被称为“火箭飞行器用核引擎”项目(NERVA)。1968年底,空间核动力推进办公室(SNPO)证实基于KIWI反应堆(NRX/XE)的“NERVA”项目可满足载人火星任务需求。

  “NERVA”项目曾雄心勃勃地计划将“NERVA”火箭作为太空拖船,把有效载荷从低地球轨道运抵更高轨道,并用“NERVA”驱动“土星”V的上面级。但美国太空计划的预算削减使太空核推进难以实现。国会失去了载人登火的兴趣。洛斯阿拉莫斯实验室此后一直低成本地运转“罗孚”项目,直至1972年该项目被完全搁置。

  目前,NASA开始重审洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)科学实验室的核火箭设计,希望将它们作为之后太空发射系统(Space Launch System)的一部分来使用,并有可能将核火箭用于载人火星旅行。一旦成功,仅需四个月就能将载人飞船运抵火星,运抵土星卫星也仅需三年的时间。

  NASA马歇尔太空飞行中心(MSFC)开展了一项为期三年的项目核低温推进级(NCPS),该推进级可用于即将到来的太空发射系统。NCPS源于“NERVA”,但将得益于21世纪新技术,实现更高的反应堆堆芯温度和推重比。

  苏联“之父”库尔恰托夫领导的苏联科学院第2实验室从1947年就开始探索如何将核能应用在舰船、潜艇和飞机上。苏联很早就成功研发和应用了钋-210放射性同位素电池,但发展重点却是空间核反应堆电源和核热推进。从1961年起,苏联研发了4种型号的空间核反应堆电源系统。

  研发核推进的工作始于1950年。1965年,苏联决定建造核火箭发动机RD-0410(11B91),其在核热推进方面取得的重大成就在于,成功研制了核火箭发动机的燃料元件和燃料组件,建造出了RD-0410型核火箭发动机试验样机。

  苏联解体后,俄罗斯政府在1998年发布了《俄宇航核动力发展构想》,强调要继续保持在空间核动力领域的国际领先地位,明确指出空间核动力主要用于发展基础军事技术,满足国防军用的需要。重点技术任务是保证在2010年前后研制出电功率为 100kW 的空间核反应堆电源。远景目标是研制电功率500kW 或者功率更高的空间核反应堆电源,以及宇宙飞船的核“运输-电源舱”(TPM:TramsportPowerModule)。

  近几年来,俄罗斯空间核动力专家一直在进行“ISTC项目No.2120”,设计双模式(电源/推进)核火箭发动机系统和双模式核电推进系统,用于载人和载物的登陆火星的宇宙飞船。

  早在2003年,俄罗斯航空航天局就已经开始了“火星-XXI”研究计划。俄罗斯科学家2005年提出了使用核动力探索火星的新方案。根据这一方案,俄罗斯人有望于2017年向火星派出科学考察队。

  17日,在中国科协主办的“探月梦中国梦”科学家与媒体面对面活动上,探月工程总设计师吴伟仁在回答记者关于“中国火星探测的窗口”问题时表示,一般来说,探月过后就具备了探索火星的能力,但是不是要去,取决于国家财力的支持和国家的决策。我国航天事业比较成体系,每一步都为下一步打下扎实的基础。

  吴伟仁说,嫦娥一号、二号任务成功后,我们就有探火星的能力了。火星绕太阳转一圈是700多天。期间经过地球要交会一次,这时候它离地球最近,发射窗口最理想。具体的窗口取决于火箭运载能力大小。

  回顾人类探索火星历史,最早追溯到1976年,美国的“海盗1号”、“海盗2号”两艘宇宙飞船先后在火星上着陆,在短短5个月中得到大量火星情况。由于外行星探测中,空间探测器远离太阳,难以利用太阳电池发电,必须采用核电源,因此两艘飞船的工作电源都是核电池。

  人类送往火星的第一部火星车叫旅居者(Sojourner)号火星车,源于美国国家航空航天局1996年提出的火星探测计划。火星探路者(Mars Pathfinder, MPF)于1997年07月04日在火星表面着陆。

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