核动力深空探测器现状及发展研究

朱安文，刘飞标，杜辉，马世俊

（北京空间飞行器总体设计部，北京 100094）

0 引 言

深空探测扩展了人类活动的范围，是探索宇宙和生命起源的重要手段，同时能够引领航天技术的发展。深空探测首先需要解决能源问题，与地球轨道航天器使用太阳能不同，在深空探测中太阳能的使用受到了各种限制。其典型的限制有两种：一是星表环境导致太阳能效率低下，如月球表面长达14个地球日的月夜无法使用太阳能，还有火星表面每日均有的沙尘暴使太阳能板接收太阳能非常困难；二是木星及木星以远的深空探测，木星系附近的太阳常数降低到地球附近的1/25以下，利用太阳能发电效率低下。在这些限制条件下，核电源成为深空探测器能源的重要选择。

深空探测可用的核能源包括3种类型：核燃料的衰变能、裂变能和聚变能。同位素衰变能是目前深空探测中应用最成熟的技术，在深空探测中发挥着重要作用。利用裂变反应堆电源，并且与电推进技术相结合的核电推进航天器，是目前深空探测研究的热点。核聚变具有更大的优势，在核动力深空探测研究中开始受到关注。

1 衰变能探测器

由于深空中太阳能利用效率的下降，多数深空探测器采用了同位素电源（Radioisotope Thermoelectric Generator，RTG）。RTG具有工作寿命长、生存能力强、结构紧凑等特点，成为一种性能良好的空间电源。RTG是利用温差电材料的塞贝克效应，直接将放射性同位素衰变所释放的热能转变为电能的装置。由同位素热源（Radioisotope Heat Unit，RHU）、温差电转换器、散热壳体组成[1]。……