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[轉貼] 中國核飛船研發應用進入最後准備 已進行超30年

中國核飛船研發應用進入最後准備 已進行超30年

來源:騰訊新聞
2014-06-23 14:14


資料圖:大功率核電推進發動機是未來進行太空探測的優秀動力。
原標題:中國核動力航天器進行時
作爲中國航天領域下一個需要集中突破的領域,核飛船的成敗可能影響中國人在未來空間開拓中的地位
《瞭望東方周刊》記者吳銘/北京報道
根據2014年中俄之間的一系列頻繁交往,並以烏克蘭等地緣爭端爲背景,俄羅斯戰略和技術分析中心專家瓦西裏·卡申日前發表文章認爲,中俄軍技合作方面或出現新的涉及更爲敏感領域的維度與視角,比如核潛艇的設計與建造,乃至“中方感興趣的航天器核反應堆技術”。
“核動力航天器”這個關鍵詞,顯示了中國人對于航天探索的更遠大計劃。
中國空間技術研究院研究員、“嫦娥三號”總設計師孫澤洲對《瞭望東方周刊》說:“從技術發展上來講,如果以後要對比如木星這些距離太陽更遠的行星進行探測,完全依靠太陽能不太現實,這時對空間核動力的應用就會有比較大的需求。”
中國的核動力航天器研發計劃,自上世紀70年代至今已超過30年。如今,它正在進行對應用的最後准備。
中國需要核動力飛船
此前在2013年12月初發射的“嫦娥三號”,並沒有像早前人們預料的那樣使用核電池。
孫澤洲說,在“嫦娥三號”的論證過程中,也對是否使用核電池進行過詳細分析和論證,但最終沒有使用,“只是使用了同位素熱源,也就是核熱源。”
所謂核電池又叫“放射性同位素電池”,它主要通過半導體換能器將同位素在衰變過程中不斷放出的具有熱能的射線轉變爲電能。而熱源只提供熱能。
核電池體積小,硬幣大小就可以具有比普通化學電池上百萬倍的效能。自上世紀60年代開始,美國在“阿波羅”等計劃中就使用了核電池,2012年抵達火星的“好奇號”火星車上的核電池,據稱可以使用14年。
2004年,中國原子能科學研究院正式啓動航天用同位素電池研發,2006年研制出中國第一顆同位素電池。
不過,與真正的空間核反應堆相比,核電池無論從技術還是應用來講,都已經比較成熟。
目前對于中國研發空間核反應堆的最權威消息,來自2009年國家能源局能源節約和科技裝備司的信息:中國于20世紀70年代開始空間核反應堆的研究工作,後一度中止。
“九五”期間,空間核反應堆研究被列入總裝備部預先研究項目,由原子能院和空間技術研究院共同承擔,完成了空間核反應堆概念設計。
“十五”起,中國人開始了空間核反應堆初步設計和關鍵技術攻關,在設計技術、制造技術、試驗技術以及安全研究等方面均取得一定突破。目前項目處于從技術設計到施工設計的過渡階段,正進行設備和部件的研制和單項試驗。
當時公布的計劃是“2015年完成地面試驗,2020年定型,2025年發射百千瓦級核反應堆試驗星”,進行在軌演示驗證,掌握超大功率空間核反應堆電源技術。
2013年12月,作爲一項公開的科研成果,在中國空間技術研究院502所和北京空間飛行器總體設計部合作的“863”課題“核動力航天器總體技術和安全研究”中,順利完成了“空間大功率核電推進方案”研究工作。
這個課題組提出了載人火星飛船的核動力系統方案,並對核動力飛船在火星的起降進行了設計與優化。
孫澤洲稱,中國目前完全具備火星探測能力,包括運載火箭發射能力、測控能力等多個方面。
他進一步分析說,即將研制成功的“長征五號”可以勝任近地小行星、金星、木星的環繞探測;可以支撐火星的無人著陸探測,但對于火星的采樣返回,則需要比“長征五號”運載能力更大的火箭。
孫澤洲認爲,未來15年內中國會有對木星的探測規劃。而在未來10年內,對核動力航天技術的需求會更加迫切。
同時,他強調,空間核應用的安全性應排在第一位。“一旦發射任務出現問題,要確保不出現核泄漏。”
核科學與技術專家、中科院院士陳達同樣認爲,空間核應用安全問題非常重要。“蘇聯的核能航天器就曾掉下來過,人們就遭殃了。”他對《瞭望東方周刊》說。
諸多難題待解
美國、蘇聯的核動力航天器曾多次發生意外,尤爲著名的是蘇聯的核動力衛星“宇宙—954”、“宇宙—1402”的核反應堆與母體脫離後,助推級發生故障,沒能把反應堆送入預定軌道。
1978年1月24日,“宇宙—954”的放射性殘骸散落在加拿大北部的無人凍土帶,放射性物質汙染了地表,加拿大政府評估損失達1200萬美元。
攜帶核動力裝置的蘇聯雷達偵察衛星“宇宙—1402”在1982年12月28日失去控制,好在核動力部分後來在南大西洋中間阿森松島西南上空進入稠密層時燒毀。
陳達說:“國際上一些國家在做空間核動力應用方面的研究,也不是一帆風順的,這比較複雜。”
空間核反應堆帶來的大問題體現在核反應、核輻射對航天器啓動、調控、刹車等方面的影響。
尤其對于未來的核動力飛船而言,需要解決核反應堆的設計、制造、控制、冷卻、輻射屏蔽、排氣汙染、高效率熱電轉換等一系列技術難題。
特別是核反應堆産生的輻射對宇航員的健康會構成很大威脅,這就需要飛船必須對核輻射進行屏蔽保護,確保宇航員和船載貨物不受輻射以及來自反應堆高熱的影響,但這樣將大大增加探測器的重量。
陳達說,空間核應用過程中,核反應衰變不存在問題,但在真空、超低溫的環境下,對核反應材料、能量輸送材料有很高的要求。
中國已經進行了幾十年的核能研究,爲航天核動力研究作了不少鋪墊,“太空中核動力應用比地面上複雜很多,問題是多方面的,主要包括材料問題、技術問題、轉換方式問題、新的組建的問題等多方面問題。具體表現在比如怎樣把核能轉換爲電能。”他說。
孫澤洲則認爲,從實際應用來講,核能的效率、核能的熱排散等方面會有很大挑戰。在地面上核反應冷卻較爲容易解決,空間核反應堆面臨現實的散熱冷卻難題。
而在繞月探測工程、“嫦娥一號”系統總指揮兼總設計、中國工程院院士葉培建看來,空間核動力的研發和使用有很多困難。
“地面上使用核能,可以不考慮體積、能耗,冷卻也比較好辦。太空中各種條件都受限制,因此,把核能用到太空中,必須克服空間所帶來的一些問題,比如核元素的體積、功耗等方面。要找出和地面上不同的獲取核動力的方法。”葉培建告訴本刊,中國空間技術研究院的相關課題組正在研究這方面的問題。
而導彈總體設計專家、中科院院士劉寶镛對《瞭望東方周刊》稱,空間核動力應用“難度在于把核動力發動機研制出來”。
但無論如何,葉培建認爲,空間核動力應用是中國人必須要做的研究方向。“首先,未來更深層次的深空探測,太陽起不到作用,要靠核動力;第二,近地軌道發射大功率火箭還是要靠核動力。”

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