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核动力原理简介
核动力是利用可控核反应来获取能量,从而得到动力,热量和电能。因为核辐射问题和现在人类还只能控制核裂变,所以核能暂时未能得到大规模的利用。利用核反应来获取能量的原理是:当裂变材料(例如铀-235)在受人为控制的条件下发生核裂变时,核能就会以热的形式被释放出来,这些热量会被用来驱动蒸汽机。蒸汽机可以直接提供动力,也可以连接发电机来产生电能。世界各国军队中的大部分潜艇及航空母舰都以核能为动力,同时,核能每年提供人类获得的所有能量中的7%,或人类获得的所有电能中的15.7%。
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。在空间战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。
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。美国在1965年发射的一颗军用卫星中,用反应堆温差发电器作为电源,由于电源调节器出现故障仅工作43天。以钚 238放射性同位素作热源的同位素温差发电器,曾用于“子午仪”号导航卫星、“林肯”号试验卫星和“雨云”号卫星;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。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。
核动力使用现状
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。
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,目前只有美国和俄罗斯进行了实际发射。截至2004年,俄罗斯供发射了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。但近年来,美国和欧洲又重新开始新一代核动力卫星的研发。
目前,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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