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World File Search System核电推进
核电推进工程设计研究
摘要。我们讨论了核电推进 (NEP) 能力，该能力将 (1) 使一类无法使用放射性同位素动力系统完成的外太阳系任务成为可能，并且 (2) 显著增强一系列其他深空任务概念。NASA 计划开发 Kilopower 技术用于月球表面发电。Kilopower 还可以作为 10 kWe NEP 系统的电源；因此，我们强调 10 kWe NEP 的优势，以鼓励 NASA 科学任务理事会 (SMD) 倡导（作为潜在受益者）NASA 开发 Kilopower 的计划，并激励进一步开展 10 kWe NEP 相关概念研究。背景和主张。2010 年，十年巨行星调查小组要求进行一项研究，以考虑使用小型裂变动力系统支持未来未指定的 NASA 科学任务的可能性。美国能源部 (DOE) 和 NASA 的研究小组（包括格伦研究中心 (GRC)、喷气推进实验室 (JPL)、洛斯阿拉莫斯国家实验室 (LANL) 和爱达荷国家实验室 (INL)）选择了一个简单的概念，提供 10 kWe 的功率、15 年的使用寿命，并可能在 2020 年具备发射能力 [Mason et al., 2010, 2011]。该初始概念导致了该概念的开发和测试计划，从 2012 年的平顶裂变演示 (DUFF) 测试开始 [Poston and McClure, 2013]。2015 年，NASA 的空间技术任务理事会 (STMD) 与美国能源部国家核安全局 (NNSA) 合作，进一步开发 Kilopower，作为一种新型、简单的 1 至 10 kWe 空间反应堆概念 [Gibson et al., 2017]。与电力推进一起使用的 10 kWe 电源可以实现一类外太阳系任务，并显著增强一系列其他深空任务概念 1 。该能力可以增加科学有效载荷质量、减少飞行时间、延长任务寿命 2 ，并为科学仪器提供充足的电力和/或提高数据速率。这样的进步将为卡西尼级任务提供科学价值的突破 [美国国家研究委员会，2006]，使 NASA 能够继续执行大型外太阳系战略任务 [美国国家科学、工程和医学院，2017]。基于 10 kWe NEP 系统可以实现放射性同位素动力系统无法实现的任务的假设 3,4 ，NASA 和 DOE 研究中心的联合研究小组确定了使用 10 kWe NEP 进行外太阳系探索的一般和具体好处。裂变动力系统的使用已被确定为实现可持续发展的关键因素
国际原子能机构太空原子能机构网络研讨会摘要：太空探索核系统 2022 年 2 月
• 需要改变交通模式，使人类真正成为太空旅行物种 • 核能使更高能量的系统能够在极端环境下持续运行 • 核推进系统可以实现对火星及更远地方的强大探索，对于快速深空载人星际任务至关重要 • 对于地面探索任务，空间核动力系统是一个非常有前途的选择 • 对于需要高电力输出的任务，例如载人火星任务和太空渡轮，基于裂变或聚变反应堆的电力系统可能是一个非常有竞争力的选择 • 有前景的研究和开发正在进行中，并进行了讨论 - 核热推进、核电推进、等离子推进和直接聚变驱动
战略规划过程向前发展
2 7.612 1596：月球和火星表面上的高功率能量发电4 8 7.168 709：人类勘探推进的核电推进推进推进：核2 19 6.804 1558：跨月球表面交流和导航的高速通信1 28 6.592 1568：28 6.592 1568：入门模型和模拟式造型和仿真的效果 - 6. 6. 4 36. 4 3610：4 3610：4 3610：43 3610：43 3610：43 3610：4 3610：43 3611。具体冲动推进：非核2 37 6.383 1563：航天器减速和轨道插入入口下降和降落3 41 6.275 1430：小型航天器推进小型航天器1 42 6.267 1588：保护地球免受毁灭性自然影响（34 36），3 41 6.275 143 6 6.275：和集成精确着陆系统进入下降和着陆的验证能力1 47 6.220 844：用于多种应用的无源防尘缓解技术2 56 6.136 1047：各种粉尘施用的主动灰尘缓解技术减轻灰尘缓解灰尘粉尘1 69 5.932 1431：specy Spececececececececececececraft 1 69 511：specececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececececraft 1 51.和KW级电推进系统推进：非核2 79 5.825 1583：从提取的原地资源中生产推进剂和任务消耗品ISRU 2 122 5.044 705：低电力核电推进推进：核能2 126 5.016 544：Solar Electric Electric Prospuls for Orbital Platforms Spertulss Pranptims 7 1 131：9：9：9：9肯定：9：9：9：9：9：9：9：9：9：9：9：9：9：9：9：9.91 1 131：9-un-Nucceir l-Nuccience EDL进入下降和着陆期间的原位飞行性能数据5 132 4.916 767：轻质充气表面元素的高级设计高级材料和结构2 146 4.676 1567：小规模和商业航天器的入口功能
空间核动力和推进系统
核裂变反应堆可以安全地提供数千到数百万千瓦的电力——这对于考虑永久性月球和火星栖息地或载人或机器人任务的大型动力/推进系统至关重要。核裂变反应堆可用于航天的多种应用。例如，航天器上的反应堆可以为电力/离子推进装置提供电力，这一概念称为核电推进 (NEP)。此外，核反应堆还具有支持最终在月球和火星上建立的地面栖息地的高能源需求的吸引力，也称为裂变地面动力 (FSP)。基于裂变的核反应堆还通过反应堆堆芯过热最终用于航天器推进剂的冷却剂的概念为改进直接推进系统提供了独特的机会，称为核热推进 (NTP)。20 世纪 50 年代至 70 年代期间，NTP 系统进行了重大技术开发工作，虽然许多成功的设计都是在地面建造和测试的，但美国从未试飞过任何 NTP 系统。过去几十年来，各种 NEP 和 FSP 计划已经实施，提供了宝贵的研究、技术创新和设计考虑。
用于空间推进的核波转子双模循环
核热推进 (NTP) 目前被确定为整个太阳系人类任务的首选推进技术之一。最先进的 NTP 循环基于固体核发动机火箭飞行器应用 (NERVA) 级技术，该技术预计将提供 900 秒的比冲 (I 𝑠𝑝 )，是化学火箭性能 (450 秒) 的两倍。即使有如此令人印象深刻的提升，NTP I 𝑠𝑝 仍然无法为高 Δ V 任务提供足够的初始到最终质量分数。核电推进 (NEP) 可以提供极高的 I 𝑠𝑝 (>10,000 秒)，但推力较低，并且推进系统质量功率比受到限制。对电源的需求还增加了太空散热问题，在理想条件下，热能转化为电能的比例最多为 30-40%。提出了一种新型波转子 (WR) 顶置循环，有望提供接近 NERVA 级 NTP 推进的推力，但 I 𝑠𝑝 在 1200-2000 秒范围内。与混合 NEP 模式相结合，占空比 I 𝑠𝑝 可以进一步增加（1800-4000 秒），同时将额外干质量降至最低。双模设计使快速运输级载人火星任务成为可能，并有可能彻底改变我们太阳系的深空探索。
罗杰·迈尔斯（Roger M. Myers）的陈述，博士学位所有者，r ...
早上好，贝耶（Beyer）董事长，排名成员巴宾（Babin）和小组委员会成员。我的名字叫罗杰·迈尔斯（Roger Myers）。我是华盛顿州科学院院长R Myers Consulting的所有者，也是华盛顿州航空航天技术创新联合中心主席。我与委员会的罗伯特·布劳恩（Robert Braun）博士一起担任了《人类火星探索太空核推进》委员会的委员会。国家科学院于1863年被国会租用，以向政府就科学技术事务提供建议，后来扩展到包括国家工程和医学学院。这项研究是由NASA的太空技术任务局委托进行的，以评估开发和展示用于火星人类勘探任务的太空核推进系统的主要技术和程序性挑战，优点和风险，包括核热推进（NTP）和核电推进（NTP）和核电推进（NEP）技术方案。具体来说，我们被要求评估提供900次特定脉冲的NTP系统的这些因素，以及提供至少1 MW的电力的NEP系统，其功率质量比基本上要比当前的最新设备更好。此外，推进系统应在2039年准备进行人类任务，往返时间（包括火星表面停留时间）不到750天。我将其称为基线任务。我们的委员会收到了NASA，能源部，几家公司和大学的意见和演讲。我们的临时委员会执行这项工作包括来自行业，能源部，国防部和学术界的经验丰富的代表，我们得到了美国国家学院研究总监Alan Angleman的出色支持。我们在一年中举行了二十多次会议，于2021年2月完成了我们的工作。通过背景，NTP系统在概念上与化学火箭相似，在燃烧室中，燃烧室已被紧凑的，非常高的功率密度核反应堆所取代。为了达到900s所需的特异性脉冲，将氢推进剂通过高温反应器泵送，并加热至至少2700 kelvin的温度。达到这种氢气温度需要核反应堆燃料在约2900 K或以上的温度下运行。反应堆与其他反应堆相比也必须非常迅速：最不到一分钟的开始时间是为了快速达到所需的性能水平。因此，NTP系统需要液体氢的存储和泵送子系统，带有屏蔽的高性能核反应堆以及将反应堆转换为推力的喷嘴。相比之下，NEP系统需要具有较低的温度，缓慢启动的核反应堆，屏蔽，功率转换子系统，以产生电力，一个由大型散热器组成的热排斥子系统，电力电源管理和分配子系统以及电动推进子系统，以及所有的电动推进子系统，所有这些系统都可以成功使用NEP系统。NTP和NEP是具有截然不同的挑战的非常不同的技术。根据我们收到的所有意见，对现有文献的广泛审查以及我们的委员会审议，我们得出了一些共识的发现和建议。我们的报告中提供了所有相关背景和详细信息（请参阅http://www.nap.edu/25977）。为此证词，我将首先讨论NTP系统的关键发现和建议，
用于设计NASA深空的仿生概念 -
传统上，NASA主要依靠泵送的单相液体系统来通过单相辐射器收集，运输和拒绝热量。在航天飞机轨道机上使用的热排斥系统由嵌入蜂窝结构中的250多个小的一维管组成。通过对流转移到管壁上，通过蜂窝结构进行传导，最后通过辐射到空间。NASA目前正在开发核电推进发动机，以供下一代航天器向火星及其他地区开发，这些航天器需要具有性能能力的热排斥系统要比当前系统提供的功能要好得多。加热管的起源可以追溯到60年来，但仍有新想法的余地。传统的热管由一个开放的绝热区域组成，一个网状灯芯衬在管壁的内部，有助于从冷凝器侧传输到蒸发器侧。在新墨西哥技术（NMT）开发的一种仿生，多功能概念具有一个由径向分级的相互连接的孔组成的结构，并且可以实现纵向的热管，以使热管允许辐射流动以及纵向流动。这种配置促进了从蒸发器末端到管壁的热对流，并在整个散热器侧面更均匀地散发热量。过去在NMT上使用具有仿生设计的样品进行的实验表明，在局部加热时，当流体通过闭环多孔层时，可能会引起热能的对流传输。持续调查的目的是突出仿生结构如何同时减少热排斥系统质量所需的热性能。关键词：仿生设计，热管，深空，灯芯层，
空间核推进技术委员会
任务说明美国国家科学、工程和医学院将召集一个特设委员会，确定开发和演示未来探索任务所需的空间核推进技术的主要技术和项目挑战、优点和风险。事实证明，核推进可以为人类快速前往火星提供潜力，单程时间少于 9 个月，包括在火星表面停留的总往返时间少于 3 年。委员会还将确定每项技术的关键里程碑和顶层开发与演示路线图。此外，委员会还将确定成功开发每项技术可实现的任务。具体感兴趣的空间核推进技术包括：1. 高性能核热推进 (NTP)，将氢推进剂加热到 2500K 或更高，产生至少 900 秒的比推力。 2. 核电推进 (NEP) 将热能转换为电能，为等离子推进器提供动力，用于高效快速地运输大型有效载荷（例如，功率水平至少为 1 MWe 且质量功率比（kg/kWe）远低于当前 NEP 系统水平的推进系统）。 行动计划 本研究应检查任务说明中所述的开发和演示 NTP 和 NEP 系统的优点和挑战。此项审查应考虑以下因素： 关键的技术和计划挑战和风险； 全尺寸系统级地面演示测试的选项； 放弃地面演示测试而进行飞行演示测试的优缺点； 开发一种燃料元件形式或其他反应堆子系统的前景，这些子系统可能对 NTP、NEP 和国防部战略能力办公室正在考虑开发的移动式 1-10 MW 功率反应堆中的至少两个是通用的； 选择高浓缩铀（HEU）而不是高含量低浓缩铀（HALEU）作为裂变材料所涉及的技术、计划和政策考虑； 美国国家航空航天局、能源部和工业界开发关键子系统技术以准备进行任务注入的能力（即技术就绪级别 6）；以及 关键里程碑和顶层开发及演示路线图。
![arXiv:2002.12686v1 [physics.pop-ph] 2020 年 2 月 28 日](/simg/g:\will\search\icon\source\3\3d7d3a637e2b39d41c528688a9d8ea24a8c39f86.webp)
arXiv:2002.12686v1 [physics.pop-ph] 2020 年 2 月 28 日
尽管从未尝试过，但可以评估，同样的技术可以用于执行一些初步的火星载人任务[1, 2]。众所周知，要真正探索和殖民最近的天体，需要开发广泛的技术[3]——开发原地资源的技术、保护宇航员免受辐射的技术、在目的地星球上制造工厂的技术等——但需要直接与推进相关的新技术。特别是，必须使用核能而不是化学能来推动航天器。基于核裂变反应的核热推进和核电推进（NTP 和 NEP）两种替代方案都得到了详细研究，前者已经进行了台架测试，结果非常令人满意。 NTP 和 NEP 可以减少旅行时间（从而减少宇航员受到的宇宙辐射），同时降低低地球轨道初始质量 (IMLEO)，从而使星际任务更加经济实惠，从而提高人类执行火星及更远星球任务的机会。NASA 设计参考架构 5 (DRA5) [3, 4] 报告了 NTP 和载人火星任务化学方法之间的有趣比较。此外，NEP 还可以显著改善化学推进，而上述两种核方法之间的选择主要取决于政治决策，即哪种技术可以发展到足够的技术就绪水平。上述两种核方法均基于裂变核反应 [5]。轻质结构和薄膜太阳能电池方面的最新进展使得人们可以考虑将太阳能电力推进 (SEP) 用于载人行星任务，尤其是首次载人火星任务。这是一种“过渡”解决方案，用于提高行星际航天器的性能，使其性能高于化学推进，同时等待 NTP 或 NEP 技术可用。通过将 SEP 的性能与化学推进和 NTP 的性能进行比较，IMLEO 方面的优势显而易见，而就 NEP 而言，它们仅取决于发电机的比重 α，短期内这对太阳能电池阵列比对核发电机更有利。从长远来看，后者会好得多，但开发 SEP 意味着为载人飞行任务开发高功率电推进器，以便在轻型核发电机可用时它们已准备就绪。无论如何，毫无疑问，要成为真正的太空文明，我们必须开发基于核聚变的火箭发动机 [6, 7]。使用聚变能进行航天器推进的想法由来已久 [8]。对于聚变推进，有两种替代方案：类似于 NTP 和聚变 NEP。在过去的 20 年里，许多研究都致力于核聚变发电的总体发展，尤其是核聚变火箭的发展。核聚变 NEP 需要开发轻型核聚变反应堆，而这在今天看来似乎是一项艰巨的任务。此外，这里的重点仍然只是发电机的比重 α，而核聚变发电机的 α 值要比裂变发电机更好还需要很多年 [9]，更不用说今天还没有出现过即使 α 值很高的核聚变发电机。在核聚变 NEP 中，α 值越低，比冲的最佳值就越高，因此即使有了轻型发电机，也需要做大量工作来改进电推进器。革命性的直接聚变驱动器 (DFD) 是一种核聚变发动机，其概念基于普林斯顿场反转配置反应堆，该反应堆无需经过中间的发电步骤即可从聚变中产生推力 [10]。该发动机的开发与普林斯顿等离子体物理实验室正在进行的聚变研究有关。DFD 使用一种新型磁约束和加热系统，以氦和氢核同位素混合物为燃料，产生高比功率、可变推力和比冲量以及低辐射航天器推进系统。最简单的聚变驱动器类型是使用小型不受控制的热核爆炸来推动航天器前进，就像猎户座计划 [5] 中计划的那样，但即使使用连续的受控反应，DFD 似乎也更容易实现，而 D-3He 直接聚变推进器似乎是可以在中期内实现太阳系殖民的推进器。虽然与 DFD 相关的大多数研究都涉及外太阳系或近星际空间的任务，但本文的目的是详细研究人类快速前往火星和小行星带的任务。结果表明，核聚变推进是开启太阳系殖民和建立太阳系经济的有利技术。本文的结构如下：在第二部分中，我们描述了推进器及其主要特性。第三部分专门考虑了地球 - 火星任务的三种情况：i. 理想的可变弹射速度 (VEV) 操作；ii. 有限的 VEV 操作；iii. 慢速货运航天器任务。第四部分讨论了前往 16 Phyche 小行星的任务，最后是结论要使聚变发电机的 α 值优于裂变发电机还需要很多年 [9]，更何况目前还没有可用的聚变发电机，哪怕它的 α 值非常高。在聚变 NEP 中，α 值越低，比冲的最优值就越高，所以即使有了轻型发电机，也需要做大量工作来改进电力推进器。革命性的直接聚变驱动器 (DFD) 是一种核聚变发动机，其概念基于普林斯顿场反转配置反应堆，该反应堆无需经过中间的发电步骤即可从聚变中产生推力 [10]。该发动机的研发与普林斯顿等离子体物理实验室正在进行的聚变研究有关。 DFD 使用一种新型磁约束和加热系统，以氦和氢核同位素混合物为燃料，产生高比功率、可变推力和比冲量，以及低辐射航天器推进系统。最简单的核聚变驱动类型是使用小型不受控制的热核爆炸推动航天器前进，就像猎户座计划 [5] 中计划的那样，但即使使用连续的受控反应，DFD 似乎也更容易实现，D-3He 直接聚变推进器似乎是可以在中期内殖民太阳系的推进器。虽然大多数与 DFD 相关的研究都涉及外太阳系或近星际空间的任务，但本文的目的是详细研究人类快速登陆火星和小行星带的任务。结果是，核聚变推进是启动太阳系殖民和建立太阳系经济的使能技术。本文的结构如下：第二部分描述了推进器及其主要特性。第三部分考虑了地球-火星任务的三种情况：i. 理想的可变弹射速度 (VEV) 操作；ii. 有限的 VEV 操作；iii. 慢速货运航天器任务。第四部分考虑了前往 16 Phyche 小行星的任务，最后是结论要使聚变发电机的 α 值优于裂变发电机还需要很多年 [9]，更何况目前还没有可用的聚变发电机，哪怕它的 α 值非常高。在聚变 NEP 中，α 值越低，比冲的最优值就越高，所以即使有了轻型发电机，也需要做大量工作来改进电力推进器。革命性的直接聚变驱动器 (DFD) 是一种核聚变发动机，其概念基于普林斯顿场反转配置反应堆，该反应堆无需经过中间的发电步骤即可从聚变中产生推力 [10]。该发动机的研发与普林斯顿等离子体物理实验室正在进行的聚变研究有关。 DFD 使用一种新型磁约束和加热系统，以氦和氢核同位素混合物为燃料，产生高比功率、可变推力和比冲量，以及低辐射航天器推进系统。最简单的核聚变驱动类型是使用小型不受控制的热核爆炸推动航天器前进，就像猎户座计划 [5] 中计划的那样，但即使使用连续的受控反应，DFD 似乎也更容易实现，D-3He 直接聚变推进器似乎是可以在中期内殖民太阳系的推进器。虽然大多数与 DFD 相关的研究都涉及外太阳系或近星际空间的任务，但本文的目的是详细研究人类快速登陆火星和小行星带的任务。结果是，核聚变推进是启动太阳系殖民和建立太阳系经济的使能技术。本文的结构如下：第二部分描述了推进器及其主要特性。第三部分考虑了地球-火星任务的三种情况：i. 理想的可变弹射速度 (VEV) 操作；ii. 有限的 VEV 操作；iii. 慢速货运航天器任务。第四部分考虑了前往 16 Phyche 小行星的任务，最后是结论DFD 使用一种新型磁约束和加热系统，以氦和氢核同位素混合物为燃料，产生高比功率、可变推力和比冲量，以及低辐射航天器推进系统。最简单的核聚变驱动类型是使用小型不受控制的热核爆炸推动航天器前进，就像猎户座计划 [5] 中计划的那样，但即使使用连续的受控反应，DFD 似乎也更容易实现，D-3He 直接聚变推进器似乎是可以在中期内殖民太阳系的推进器。虽然大多数与 DFD 相关的研究都涉及外太阳系或近星际空间的任务，但本文的目的是详细研究人类快速登陆火星和小行星带的任务。结果是，核聚变推进是启动太阳系殖民和建立太阳系经济的使能技术。本文的结构如下：第二部分描述了推进器及其主要特性。第三部分考虑了地球-火星任务的三种情况：i. 理想的可变弹射速度 (VEV) 操作；ii. 有限的 VEV 操作；iii. 慢速货运航天器任务。第四部分考虑了前往 16 Phyche 小行星的任务，最后是结论DFD 使用一种新型磁约束和加热系统，以氦和氢核同位素混合物为燃料，产生高比功率、可变推力和比冲量，以及低辐射航天器推进系统。最简单的核聚变驱动类型是使用小型不受控制的热核爆炸推动航天器前进，就像猎户座计划 [5] 中计划的那样，但即使使用连续的受控反应，DFD 似乎也更容易实现，D-3He 直接聚变推进器似乎是可以在中期内殖民太阳系的推进器。虽然大多数与 DFD 相关的研究都涉及外太阳系或近星际空间的任务，但本文的目的是详细研究人类快速登陆火星和小行星带的任务。结果是，核聚变推进是启动太阳系殖民和建立太阳系经济的使能技术。本文的结构如下：第二部分描述了推进器及其主要特性。第三部分考虑了地球-火星任务的三种情况：i. 理想的可变弹射速度 (VEV) 操作；ii. 有限的 VEV 操作；iii. 慢速货运航天器任务。第四部分考虑了前往 16 Phyche 小行星的任务，最后是结论