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  • 核动力卫星

    核动力卫星使用的空间核反应堆(简称空间堆)是一种将反应堆核裂变能转变为电能供航天器及其负载使用的新型电源。它可以为航天器提供千瓦级电力,从而增强其工作能力、拓展应用领域。与传统的太阳能电池阵和蓄电池联合供电相比,空间堆的优势主要包括:单位质量功率大、成本低;不依赖太阳能,不受尘埃、高温和辐射等因素影响,环境适应能力和生存能力强;体积小、重量轻,可有效减轻火箭推进系统负荷,增加航天器有效负荷和可靠性

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 核动力卫星
    使用: 空间核反应堆(简称空间堆) 性质: 新型电源
    作用: 为航天器提供千瓦级电力 重量:
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    基本简介/核动力卫星 编辑

    核动力卫星是使用核电源的人造地球卫星。人造卫星使用核电源,具有适应能力强,空间飞行阻力小等特点,适用于某些军用卫星和行星探测器。但由于卫星坠毁时会对大气和地球造成污染,核电源的使用会受到安全上的限制。  

    核动力卫星使用核电源的人造地球卫星。核电源工作寿命长,性能可靠,能提供较大的功率。它与太阳电池电源相比,适应环境能力强,由于在卫星外部没有伸展开的大面积太阳电池翼,在低轨道飞行时大气阻力较小。在空间站中使用核电源能提高卫星的生存能力。核电源适用于某些军用卫星和行星探测器。由于卫星坠毁时会对大气和地球造成污染,核电源的使用受到安全上的限制。

    卫星用的核电源有两类:放射性同位素温差发电器和核反应堆电源。前者功率较小,为几十至几百瓦;后者功率较大,可达数千瓦至数十千瓦。在外行星探测中,由于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。

    历史事件/核动力卫星 编辑

    “雨云”号卫星。这些卫星经过长时间的空间运行后,放射性同位素衰变殆尽,再入大气层烧毁。美国在1964年4月发射“子午仪”号导航卫星时,因发射失败卫星所携带的放射性同位素源被烧毁,钚238散布在大气层中并扩散至全球。后来改用特种石墨作同位素源外壳,以防烧毁。1968年5月“雨云”号气象卫星发射失败时,核电源落入圣巴巴拉海峡,后被打捞上来。

    苏联在1967~1982年共发射了24颗核动力卫星,都属于海洋监视卫星。卫星带有以浓缩铀 235为燃料的热离子反应堆,功率为5~10千瓦。它们在200多公里的低轨道上工作,完成任务后核反应堆舱段与卫星体分离,并用小型火箭推到大约1000公里的轨道,可运行600年。

    1978年1月24日,苏联“宇宙”954号核动力卫星发生故障,核反应堆舱段未能升高而自然陨落,未燃尽的带有放射性的卫星碎片散落在加拿大境内,造成严重污染。

    1983年1月“宇宙”1402号核动力卫星发生类似故障,核反应堆舱段在南大西洋上空再入大气层时完全烧毁。

    美国在“海盗”号探测器,“先驱者”10号、11号探测器,“旅行者”1号、2号探测器,木星和土星探测器中,都使用了同位素温差发电器作为电源。

    历史威胁/核动力卫星 编辑

    1964年4月,美国海军的运输导航卫星使用自身携带的放射性同位素发电机未能抵达轨道,并在大气中解体,泄漏了超过950克的钚-238。这比1964年全年所有核爆炸所释放的钚元素还多。

    1978年1月,苏联的雷达海洋侦察卫星(RORSAT)“宇宙”-954,使用自身携带的核反应堆再入大气层,因为卫星的反应堆核未能分离使其进入核安全轨道,最后坠落在加拿大,它污染了大约10万平方公里的土地。

    1983年2月,核动力的苏联卫星“宇宙”-1402坠落在南大西洋。

    1997年10月,最为严重的威胁来自于NASA/欧空局/意大利航天局合作的机器人卫星任务——卡西尼-惠更斯。该任务用于研究土星和它的天然卫星,于1997年10月15日发射,并在1999年8月18日进行了重力辅助的地球飞越。该航天器携带有使用32.7千克钚-238的核反应堆,在飞越时距离地球仅有500公里。假如该卫星坠入大气层,将有多至50亿的人口受到辐射的毒害。幸好该飞行器并未坠落。

    2009年2月10日,美国铱星公司的“铱”-33通信卫星和已经停止工作的“宇宙”-2251在北西伯利亚上空发生碰撞。“宇宙”-2251就携带有核动力装置,此次碰撞带来了潜在的危险太空碎片。 截止目前,使用核系统的30颗俄罗斯卫星和7颗美国卫星运行在距离地球800公里到1100公里的轨道上,在那里相似的碰撞还有可能发生。这意味着大约40次的“潜在核爆炸”。如果其中任一卫星碰到太空垃圾碎片,它将减速并最终重返大气层,在地球上空和地面释放辐射。

    技术应用/核动力卫星 编辑

    美国军火工业巨头诺斯罗普·格鲁曼公司正在为美国家宇航局(NASA)研制一种可长时间在轨运行的新型核动力卫星。NASA早前公布的消息称,这种装备有核动力发动机的人造卫星将用于对木星的数颗卫星进行探测。

    NASA官方网站介绍称,与诺·格公司签署的这份合同的总价值为4亿美元。按照双方的约定,新型航天器的建造工作最迟应在2008年中期结束。期间,诺·格公司将会同美政府保持直接的联系。

    据悉,这颗核动力卫星将被命名为“普罗米修斯”,预计其升空时间将不会早于2012年。NASA计划借助它来对木星的三颗主要卫星的表面情况进行研究。科学家们希望能够获取有关这些卫星地质成分和形成时间等的详细数据,并确定在它们厚重冰层下的海洋中是否有可能存在某种生命形态。

    如果进展顺利,“普罗米修斯”将成为NASA第一种使用核动力发动机的探测器。按照科学家们的构想,核反应堆将会在漫长的星际旅途中为探测器提供充足的电力供应。

    诺斯罗普·格鲁曼于1993年由诺斯罗普和格鲁曼两家公司合并而成。其员工总人数当时曾高达45000人。公司的主要业务来自美政府的国家采购,其中也包括为五角大楼研制军用飞机。

    中国计划发射装空间反应堆的核动力卫星 中国计划发射装空间反应堆的核动力卫星

    著名的宇宙954号核动力侦察卫星,1978年坠入加拿大境内,引发大面积放射性污染,核动力卫星的安全问题一直是限制其发展的主要因素。2009年11月11日报道 在最近的一次会议上,俄罗斯经济现代化与技术开发总统委员会呼吁开发使用兆瓦级核推进装置的运输-能量舱。俄罗斯总统梅德韦杰夫认可了该计划,并许诺为其寻找资金。分析家称,如果能够在核推进上获得突破,俄罗斯能够恢复它一流航天大国的地位。 过去的经历证明,如此昂贵的技术特别难于发展。美国和苏联曾努力尝试生产商业核推进装置。当时苏联发展了11B91试验性核发动机,而美国则开发了NERVA(用于火箭飞行器应用的核发动机)系统,它的推力大约为4吨。苏联和美国的核卫星项目后来被一系列的事故所葬送。

    空间核反应堆/核动力卫星 编辑

    中国研究进展

    中国于20世纪70年代开始空间堆的研究工作,后一度中止。“九五”期间,空间堆研究被列入总装备部预先研究项目,由原子能院和空间技术研究院共同承担,完成了空间堆概念设计。“十五”起,开始了空间堆初步设计和关键技术攻关,在设计技术、制造技术、试验技术以及安全研究等方面均取得一定突破。目前为止,项目处于从技术设计到施工设计的过度阶段,正进行设备和部件的研制和单项试验。计划2015年完成地面试验,2020年定型,2025年发射“百千瓦级核反应堆试验星”,进行在轨演示验证,掌握超大功率空间核反应堆电源技术。

    国外研究进展

    俄罗斯、美国、法国、德国和日本等国从20世纪60年代起就开始开展空间堆的研究,目前为止只有美国和俄罗斯进行了实际发射。截至2004年,俄罗斯共发射了37个使用空间堆供电的航天器;美国发射过1个类似装置。

    西方在核动力卫星技术方面也起步很早,美国在1960年代就开始将核反应堆装上卫星,但出于安全考虑,与前苏联相比数量较少。但近些年来,美国和欧洲又重新开始新一代核动力卫星的研发。

    如今,大多数人造卫星依靠太阳能电池提供动力,因此显眼的太阳能板成为多数卫星的主要特征。而空间核反应堆可以提供更充足的能源,而且也可以通过减少太阳能板减轻卫星的负荷。

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