空间放射性同位素电池发展回顾和新世纪应用前景

!第!"卷!第!期 核 科 学 与 工 程 HIJ%!"!>I%! !!##"年!$月 +A3PMRMEIKOP7JI4>K6JM7O263MP6M7PT.PX3PMMO3PX EKP%!!##" 收稿日期!!##1,((,("!!修回日期!!##",#!,#) 作者简介!蔡善钰"(&1&#$%男%嘉兴人%研究员级高级工程师%毕业于华东理工大学 空间放射性同位素电池发展回顾 和新世纪应用前景 蔡善钰!何舜尧 "中国原子能科学研究院同位素研究所%北京 (#!"(1$ 摘要!迄今为止%美俄两国已向空间发射了=#多台空间核电源"包括同位素电池和反应堆电源$&重点 回顾了!#世纪放射性同位素电池的研发历史和空间发射现状!概括介绍了目前放射性同位素温差发电 器"-5G$业已达到的技术水平和提高热电转换效率的最近动向!综述了美国’俄罗斯和欧洲航天局在 !(世纪初期"!##((!#()$使用-5G的空间和太阳系探索%展现了-5G的广阔应用前景& 关键词!放射性同位素电池!放射性同位素温差发电器!热电转换器 中图分类号!H1(1!!!文献标识码!*!!!文章编号!#!)=,#&(="!##"$#!,##&’,#= !"#$%&’"(#)%*%+,"-".%’/"*#+%$$0,)%)&%#%’"’%1"$&2&#"/& )*&’0("0*,)#&’$%&’"(#%+0’’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’& 万方数据 7!引言 自!#世纪中期以来!由于航天技术的起步 和发展!开阔了人类的视野!对了解太阳系的形 成和演变过程!探索生命的起源!更深入地认识 地球及其周围环境!乃至开发空间资源!推动整 个人类社会的发展产生了深远影响"必须指出 的是航天技术的进步离不开对空间能源的需 求"所有进入太空的飞行器!俗称#航天器$!包 括人造地球卫星%载人宇宙飞船%行星探测器% 太空实验室&空间站’!等等!无一不依赖于空间 电源的有力保证" 实施空间探索用航天器需要安装多种多样 的科学仪器以及电子%照相%通讯等精密装置! 而且大多在地球大气层之外的空间进行!因而 对航天器的能源提出了相当特殊的要求"空间 能源不仅要确保这些仪器或装置能收集信息! 并将其发送回地球!而且还要考虑能源自身的 质量和体积"此外!还要考虑到地球环境的安 全问题!因为空间能源直接与航天器的发射%返 回和其他飞行活动的危险性紧密地联系在一 起" 放射性同位素电池&以下简称同位素电池’ 的最理想燃料是!1&0K"由于它具有工作寿命 长%生存能力强%结构颇紧凑%安全有保障等特 点!可与太阳能电池%化学电池和燃料电池相媲 美"而成为一种性能良好的空间电源" 8!空间同位素电池发展回顾 (&)$年!美国制定了#空间核动力辅助计 划$&简称2>*0’!以便为军用导航卫星等空间 应用提供动力"该计划以单数编号命名放射性 同位素温差发电器&-5G’(以双数编号命名核 反应堆电源"(&$(年!美国在地面试验基础上 向空间发射了载有2>*0,1\’同位素电池的导 航卫星"标志着同位素电池首次在空间应用取 得成功"此后!美国与苏联共发射了载有=#多 台空间能源&包含同位素电池和反应堆电源’的 航天器" 898!美国同位素电池发射现状 至!#世纪末美国发射了!)艘航天器!携 带了""台-5G)(!1*"发射成功的有!!艘!携 带了"#台-5G&见表(’"所用燃料在进行原 型试验时使用了!(#0I&半衰期为(1=%"T’!以 后均采用了!1=0K&半衰期为=’%’7’!因为后者 具有良好的辐射特性和物理特性!能满足空间 辐射安全的要求"在成功发射的航天器中有= 艘为人造卫星&包括导航卫星%气象卫星%通讯 卫星等’!用于地球轨道飞行()艘为登月飞船! 用于#阿波罗$计划)"!)*(&艘为星球探测器&包 括#先驱者$%#海盗$%#旅行者$%#伽利略$%#尤 里西斯$和#克西尼$号’!用于外层行星探 测)$!’*"上述发射不包括#阿波罗,((号$和 (&&$年(!月"日发射的#火星探路者$分别携 带的放射性同位素加热器(也未将(&$)年"月 1号携带核反应堆2>*0,(#*的航天器&工作 "1T后断路!至今停留在"###年的高轨道上’ 包括在内"另据美国佛罗里达州立大学气象系 透露!在(&’#+(&’=还发射了"颗气象卫星&雨 云",#’!分别载有!台2>*0,(&-5G!这在 过去并未列入空间核电源发射表中!但在(&&$ 年已被5-] 航天日志所确认"发射失败的航 天器共有1艘!都是由其他原因造成的"它们 是#子午仪,)\>1$导航卫星!#雨云,\,D$气象卫 星和#阿波罗,(1号$登月飞船" 89:!俄罗斯同位素电池发射现状 苏联在!#世纪$#年代也开始了自己的空 间核电源计划!但是采取的技术路线与美国有 所不同"(&$)年在空间首次使用了!(#0I同位 素电池!作为军事通讯卫星 #宇宙,="$和#宇宙, &#$的星载设备"(&$&年和(&’(年又使用了 具有=##] 功率的!(#0I加热器!作为#月球车, (号$和#月球车,!号$的加热部件)=*"之后!苏 联在空间未使用-5G"供雷达海洋侦察卫星 &-:-2*5’的空间电源均使用了温差电转换 的快中子反应堆电源#-IL7Ra7$!电功率为 #%)!(a]"(&=’年发射的#宇宙,(=(=$和#宇 宙,(=$’$侦察卫星采用了先进的热离子转换的 热中子反应堆电源#5:0*^,($)&*!输出电功率 为$a]!寿命限于(!!7!已成功通过了飞行 试验"目前正在研制第四代空间反应堆电源 #5:0*^,"$" =& 万方数据 表8 :7世纪美国发射的空间核电源 ;05."8!<3(."0$’%1"$&2&#"/&.03*(=",52#="3*)#",�#"&)*&’0("0#:7("*#3$2 航天器名称 发射使命 空间电源 型号!台数 热源燃料 初始电功率" #]"台$#装量"a+3$ 设计寿 命"7 发射日期 现!!状 子午仪,"* 导航卫星 2>*0,1\’#($ !1=0K金属 !%’#(C)!(C$$ $( (&$(,#$,!& 在轨道上%-5G 运行 ()7 子午仪,"\ 导航卫星 2>*0,1\=#($ !1=0K金属 !%’#(%)!(%$$ $( (&$(,((,() (&$!,#$断路 子午仪,)\>,( 导航卫星 2>*0,&*#($ !1=0K金属 !)%!#(’$ $( (&$1,#&,!= 在轨道上%-5G 按计 划运行 子午仪,)\>,! 导航卫星 2>*0,&*#($ !1=0K金属 !$%=#(’$ $( (&$1,(!,#) 在轨道上%-5G 运行 超过$7 子午仪,)\>,1 导航卫星 2>*0,&*#($ !1=0K金属 !)#(’$ $( (&$",",!( 发射失败#热源返回时 在印度洋上空烧毁$ 子午仪,5-D*F导航卫星 5-D*F,(,#[#($ !1=0K:!,8I陶瓷 1)%$#!"$ $) (&’!,#&,#! 在轨道上 2>*02<:5 空军卫星 2>*0,(#*#($ #反应堆$ )## (&$),#",#1 工作"1T后关闭%升 至"###年轨道上 雨云,\,( 气象卫星 2>*0,(&\#!$ !1=0K:!微球 1##1"C"$ $( (&$=,#),(= 发 射 失 败 #(&$=,#&, !1%热源回收$ 雨云,1 气象卫星 2>*0,(&\#!$ !1=0K:!微球 !=%!#1’$ $( (&$&,#",(" 在轨道上 雨云," 气象卫星 2>*0,(&#!$ !1=0K:!,8I陶瓷 1##1’$ $( (&’#,#",#= 在轨道上 雨云,) 气象卫星 2>*0,(&#!$ !1=0K:!,8I陶瓷 1##1’$ $( (&’!,(!,(( 在轨道上 雨云,$ 气象卫星 2>*0,(&#!$ !1=0K:!,8I陶瓷 1##1’$ $( (&’),#$,(! 在轨道上 雨云,’ 气象卫星 2>*0,(&#!$ !1=0K:!,8I陶瓷 1##1’$ $( (&’=,(#,!" 在轨道上 /.2,=号 通讯卫星 8<]-5GR#!$!1=0K:!,8I燃料棒()1%’#()&$ $) (&’$,#1,(" 在轨道上 /.2,&号 通讯卫星 8<]-5GR#!$!1=0K:!,8I燃料棒()"%!#()&$ $) (&’$,#1,(" 在轨道上 阿波罗,((号 人类首次登月 同位 素 加 热 器 #!$ !1=0K:!微球 ()#热$##%")$ $( (&$&,#’,($ 留在月面 阿波罗,(!号 月面试验站 2>*0,!’#($ !1=0K:!微球 ’1%$#""%)$ $( (&$&,((,(" 留在月面%=7后试验 站关闭 阿波罗,(1号 月面试验站 2>*0,!’#($ !1=0K:!微球 ’1#""%)$ $( (&’#,#",(( 发射失败#热源坠落太 平洋后回收$ 阿波罗,("号 月面试验站 2>*0,!’#($ !1=0K:!微球 ’!%)#""%)$ $( (&’(,#(,1( 留在月面%试验站已关 闭 阿波罗,()号 月面试验站 2>*0,!’#($ !1=0K:!微球 ’"%’#""%)$ $( (&’(,#’,!$ 留在月面%试验站已关 闭 阿波罗,($号 月面试验站 2>*0,!’#($ !1=0K:!微球 ’#%&#""%)$ $( (&’!,#",($ 留在月面%试验站已关 闭 && 万方数据 续表 航天器名称 发射使命 空间电源 型号!台数 热源燃料 初始电功率" #]"台$#装量"a+3$ 设计寿 命"7 发射日期 现!!状 阿波罗,(’号 月面试验站 2>*0,!’#($ !1=0K:!微球 ’)%"#""%)$ $( (&’!,(!,#’ 留在月面%试验站已关 闭 先驱者,(#号 木星探测器 2>*0,(&#"$ !1=0K:!,8I陶瓷 "#%’#=#$ $1 (&’!,#1,#! (&’1,(!,#"飞越木星% 现已脱离太阳系 先驱者,((号 木星探测器 2>*0,(&#"$ !1=0K:!,8I陶瓷 1&%&#=#$ $1 (&’1,#",#) (&’",(!,#!飞越木星% 接近土星 海盗,(号 火星软着陆 2>*0,(&#!$ !1=0K:!,8I陶瓷 "!%1#"#%&=$ $! (&’),#=,!# (&’$,#’,!#登上火星 海盗,!号 火星软着陆 2>*0,(&#!$ !1=0K:!,8I陶瓷 "1%(#"#%&=$ $! (&’),#&,#& (&’$,#&,#1登上火星 旅行者,!号 外行星探测 8<]-5GR#1$ !1=0K:!,8I 燃料棒 )&%!#!"#$ )!(#(&’’,#=,!# (&’&,#1飞越木星 (&=(,#=,!)接近土星 (&=$,#(,1#抵天王星 (&=&,#=,!"接近海王 星 旅行者,(号 外行星探测 8<]-5GR#1$ !1=0K:!,8I 燃料棒 ()$%’#!"#$ )!(#(&’’,#&,#) (&’&,#1飞越木星 (&=#,(#到土星运行 伽利略号 木星探测器 G0<2-5GR#!$!1=0K:!陶瓷片 !=’%"#!$"$ $= (&=&,(#,() (&&),(!,#’成功地环 绕木星运行 尤里西斯号 太阳极区探测 G0<2-5GR#($!1=0K:!陶瓷片 !=!#(1!C)$ $) (&&#,(#,#$ (&&""(&&)先 后 进 入 太阳南!北极区 尤里西斯号 火星登陆器 /]-<9#()’$ !1=0K:!陶瓷片 (]#热$"台 $) (&&$,(!,#" (&&’,#’,#"成功地在 火星登陆 克西尼号 土星登陆器 G0<2,-5G#1$!1=0K:!陶瓷片 =)##1&=%’$$ $) (&&’,(#,() !###飞越木星%!##", #’,#(进入土星轨道% !##=,#$,1#飞行结束 !!俄罗斯为了完成对火星进行综合研究的国 际&火星,&$’计划%发展空间-5G显然具有现 实性%因而又再一次受到重视((&&$年((月 ($日俄罗斯发射的&火星,&$’飞船%使用了" 台!1=0K电池(在!#世纪末总计为"(次载有 核电源的发射中#见表!$%有"颗卫星坠毁#宇 宙,1#)!&)"!("#!!(&##$%此外%&火星,&$’飞船 于(&&$年((月(=日坠落在南太平洋海域( 尽管&火星,&$’发射未取得成功%但以此为起 点%他们研究了供&小型自动观察站’#由轨道飞 行器发射至火星表面$设备加热用的&天使号’ #*PXMJ$!1=0K热源#热功率=%)]$和供仪器运 转以及处理和发送信息用的-5G#电功率!## L] 和"##L]$(这对今后的深空间探测计 划来说%无疑地具有重要意义%表明俄罗斯已完 成了作为空间目的使用!1=0K,-5G 的开发工 作(制造的飞行样品可满足国家和国际的辐射 安全要求( ##( 万方数据 表:!:7世纪俄罗斯发射的空间核电源 ;05.":!<3(."0$’%1"$&2&#"/&.03*(=",52!3&&)0)*&’0("0#:7("*#3$2 航天器名称 核电源名称 能源数量 发射使用 发射时间 现状 bIRLIR,=" !(#0I,-5G ( 军事通讯 (&$),#&,#1 在轨道上 bIRLIR,&# !(#0I,-5G ( 军事通讯 (&$),#&,(= 在轨道上 bIRLIR,(&= 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&$’,(!,!’ 在轨道上 bIRLIR,!#& 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&$=,#1,!! 在轨道上!)##7" bIRLIR,1#) 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&$&,(#,!! 发射失败 bIRLIR,1$’ 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’#,(#,#1 在轨道上 bIRLIR,"#! 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’(,#",#( 在轨道上!$##7" bIRLIR,"$& 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’(,(!,!) 在轨道上!$##7" bIRLIR,)($ 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’!,#=,!( 在轨道上!$##7" bIRLIR 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’1,#",!) 在轨道上 bIRLIR,$!$ 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’1,(!,!’ 在轨道上!$##7" bIRLIR,$)( 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’",#),() 在轨道上!$##7" bIRLIR,$)" 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’",#),(’ 在轨道上!$##7" bIRLIR,’!1 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’),#",#! 在轨道上!$##7" bIRLIR,’!" 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’),#",#’ 在轨道上!$##7" bIRLIR,’=) 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’),(!,(! 在轨道上!$##7" bIRLIR,=$# 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’$,(#,(’ 在轨道上!$##7" bIRLIR,=$( 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’$,(#,!( 在轨道上!$##7" bIRLIR,&)! 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’’,#&,($ 在轨道上!$##7" bIRLIR,&)" 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&’’,#&,(= 发射失败 bIRLIR,((’$ 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=#,#",!& 在轨道上!$##7" bIRLIR,(!"& 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=(,#1,#) 在轨道上!$##7" bIRLIR,(!$$ 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=(,#",!( 在轨道上!$##7" bIRLIR,(!&& 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=(,#=,!" 在轨道上!$##7" bIRLIR,(1$) 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=!,#),(" 在轨道上!$##7" bIRLIR,(1’! 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=!,#$,#( 在轨道上!$##7" bIRLIR,("#! 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=!,#=,1# 发射失败 bIRLIR,("(! 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=!,(#,#! 在轨道上!$##7" bIRLIR,("$( 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=1,#),#’ 在轨道上!$##7" bIRLIR,()’& 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=",#$,!& 在轨道上!$##7" bIRLIR,($#’ 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=",(#,1( 在轨道上!$##7" bIRLIR,($’# 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=),#=,#( 在轨道上!$##7" bIRLIR,($’’ 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=),#=,!1 在轨道上!$##7" (#( 万方数据 续表 航天器名称 核电源名称 能源数量 发射使用 发射时间 现状 bIRLIR,(’1$ 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=$,#1,!( 在轨道上!$##7" bIRLIR,(’’( 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=$,#=,!# 在轨道上!$##7" bIRLIR,(=(= 5IS7@1" ( -:-2*5!" (&=’,#!,#( 在轨道上!$##7" bIRLIR,(=$# 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=’,#$,(= 在轨道上 bIRLIR,(=$’ 5IS7@1" ( -:-2*5!" (&=’,#’,(# 在轨道上!$##7" bIRLIR,(&## 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&=’,(!,(! 发射失败 bIRLIR,(&1! 反应堆 (!1(%(aX<.!1)9("" -:-2*5!" (&==,#1,(" 在轨道上!$##7" 87OR,&$!俄罗斯"!1=0K-5G "!#%!aX!1=0K" 火星飞行 (&&$,((,($ 发射失败 !!("<.!1)9指富集度!1)9!$&#c"# !"-:-2*5为雷达海洋侦察卫星$大多采用一种-IL7Ra7空间电源!快中子反应堆温差电转换系统"$电功率为#%)!(a]# 1"5IS7@是一种热离子反应堆电源!采用热中子堆$以氢化锆作慢化剂$钠,钾液态金属传热"$电功率为$a]# 89>!中国同位素电池研究现状 我国原型同位素电池采用的是!(#0I电池$ 于(&’(年1月(!日点燃!总活度为(((#+3"# 产生热能1)%)]$输出电功率(%"]$热电转 换效率达到"%!c$并进行了模拟空间应用的 地面试验#随着我国核电站数量的增加$由乏 燃料后处理提取!1’>S原料的逐渐积累$为今后 开发!1=0K电池提供了物质基础# 89?!国外同位素电池技术水平 目前$放射性同位素温差发电器的设计与 制造在美国已日臻完善#热电转换效率由早期 的"c上升到=c$电功率由开始应用时的!%’ ] 提高到近a] 级水平$比功率也由(%"=]% aX增加至)]%aX#"#多年航天器的飞行证 明$-5G由于不需要外部能源$在服务期内能 全部自给$成为现有电池中寿命最长&最为可靠 的空间能源#例如$!艘’先驱者(飞船运行已 超过!#7#>*2*还计划将扩大’旅行者(飞 船的任务$估计能坚持"#7#在以往飞行的极 端环境条件下$-5G尽管遇到了如木星周围的 高辐射带&月球上的极端温度和火星上的严重 尘暴$仍能正常工作#对于深空间探测$由于光 注量率急剧下降!如木星光注量率为地球的(% !)$天王星的为(%(##"$排除了应用太阳能电 池的可能性$使同位素电池成为惟一可以依赖 的能源# 89@!空间同位素电池改进目标 提高热电转换效率一直是空间同位素电池 追求的目标#在!#世纪实际应用的空间同位 素电池几乎都是’静态热电型(温差发电器$热 电转换效率低是一个重大缺憾#最近十来年$ ’动态型(同位素发电系统!FD02"已进入工程 单元的设计和论证#这种动态换能体系是将热 能先转变成机械能$再由机械能转换成电能的 一种循环动力系统#研究得较多的是布雷顿循 环!\O7WQIP"和斯特林循环!2Q3OJ3PX"#此外$ 为了改进热电转换效率$美国能源部还提出了 先进放射性同位素发电体系!*-02"的开发计 划#其中包括碱金属热电转换器!*85.+"和 热,光生伏打转换器!50H"#前者借助液体金 属离子将红外辐射转换成电能$后者使用镓d 锑红外光电电池直接将同位素辐射热转换成电 能#这几类工艺的转换效率比目前使用的 -5G高出!!1倍#这一计划的实施意味着未 来的空间能源在输出同样功率时$可以使用较 少的放射性同位素原料用量$并大大减少电池 的重量# 为了保证核电源在空间使用的安全性和可 靠性$保护地球生物圈并使居民免受辐射危害$ 联合国于(&&!年(!月审议并通过了)外层空 间使用核动力源原则*!草案"$成为指导和规范 世界各航天国家研制&发射和使用空间核动力 源的国际准则# !#( 万方数据 :!空间同位素电池应用前景 新世纪来临!美国"俄罗斯和欧洲航天局 #.2*$都各自制定了空间-5G开发和应用计 划!并且对国际间的交流合作表现出了强烈愿 望%!###&!#()!世界各空间大国对今后空间和 太阳系探索的具体目标如下’!!1!=(% :98!火星综合研究计划将继续 火星是目前除地球以外最有可能存在生命 的星球!也是多年来人们一直关注的星球%自 (&$!年人类开始对火星进行探测以来!美俄两 国共进行了!)次太空飞行!其中((次遭遇失 败!"次未能完成全部计划%!(世纪初!美国和 俄罗斯将联合进行火星探测!轨道飞行器研制 和全套科学仪器由美国负责)火星漫游车的制 造及部分仪器设备#使用同位素加热器和1!) ] 的-5G$由俄罗斯负责% !##( 年 " 月 ’ 日!美 国 航 空 航 天 局 #>*2*$命名的*奥德赛+火星探测器发射升 空!任务是找水!以确定火星是否有生命迹象% !##1年$月欧洲航天局向火星首次发射了*火 星快车+飞船!经过半年的飞行!搭载的火星探 测器*猎兔犬,!号+于同年(!月!)日成功地登 上火星!但不久信号中断%!##1,#$,(#&#’,#’ 美国航空航天局研制的!艘轨道太空船先后升 空!搭载的*勇气号+#2S3O3Q$和*机遇号+#:S, SIOQKP3QW$火星探测器分别于!##",#(,#"&#(, !)登陆火星!其任务是对火星土壤及岩石进行 取样分析!研究有无水分存在%!艘探测器现 已开始在火星上漫步!传回了大量火星照片% 据报道!在!艘探测器上均装有=台!1=0K同位 素加热器#(]&台$!以确保登陆后的电子仪器 和运行系统安全度过火星夜晚#d(#)e$!使 其维持在d))e以上的工作温度%另外!!##) 年还将实施第二次火星考察计划% 另据报道!日本的 *希望+号火星探测器在 (&&=年升空!原计划在!##1年到达火星!现因 燃料问题将延后"年% :9:!太阳探测计划将再次进行 美俄两国将于!##’年分别发射宇宙飞船! 到!#(#年时可接近1个太阳半径位置%计划 将对太阳风生长和加速"日冕热及太阳极冠内 部的波扰动进行测定!首次近距离观察太阳极 区%太阳探测器质量为!)#aX!利用 -5G供 电#美国飞船上使用G0<2,-5G!俄国飞船上 使用总电能为"#!)#] 的-5G$% :9>!首飞太阳系边界!!!冥王星 冥王星是!#世纪太阳系探测中!惟一未被 宇宙飞船访问过的一颗行星%由于冥王星尺寸 很小#赤道直径约!’##aL!质量仅为地球的 #%##!"倍$!距离地球又遥远!对其进行研究! 是天文学家面临的新的挑战%为了探索冥王星 及其外围柯伊伯带#bK3SMO$天体!测定冥王星 及其卫星*查龙#+A7OIP$+的表面土壤构成及 冥王星的大气层组成!美国将于!##"年(!月 发射*冥王星d柯伊伯快车+号宇宙飞船!预计 !#(!年到达%飞船质量约!!)aX!要求 -5G 在("年后仍能产生(=)] 的电能% :9?!向木星卫星发射轨道飞行器 美国定于!##1年发射欧罗巴#.KOIS7$轨 道飞行器!将于!##’年围绕由冰层覆盖的木星 的卫星#木卫二$飞行!以寻找地表水和冰层下 的海洋!并为将来的探测器辨认登陆位置% :9@!重返月球并建立月球基地 在人类登月的1#年后!美国航空航天局开 始考虑重返月球!因为在月球上放置仪器便于 人类更好地观察宇宙%中国"日本和印度都先 后宣布了登月计划%欧洲航天局打算在!#(# 年建立长期工作的月球站%!#世纪探测表明! 月球南极的陨石坑下埋藏有冰层!可为人类提 供水"氧气和燃料)月球上还贮存有丰富的1*2*共同制定了*罗塞塔 #-IRMQQM$彗星彗核取样计划+%不久!由于 >*2*的预算紧缩!取消了合作!.2*决定继 续实施该计划!仍向彗星彗核释放一台着陆器 #-IJ7PT$!但是不再取样返回地球!而是就地研 究彗核%-IJ7PT重")aX!装有太阳能发电器 和!1=0K加热器%原计划!##1年(月升空%后 1#( 万方数据 因阿里安,)型火箭发射失败而错过造访 ]3O, Q7PMP彗星的良机!罗塞塔探测器直到!##" 年1月!日才从法属圭亚那的库鲁航天中心升 空"踏上了彗星之旅"并将目标改为对准丘留英 夫d格拉西缅科#+AKOWKLIU,GMO7R3LMPaI$彗 星"这项任务将在!#()年(!月结束! >!结束语 回顾!#世纪"由于 -5G的开发"推动了 空间技术的发展!在!(世纪"它也必将继续在 大规模的空间和太阳系探索计划中发挥更大作 用!可以预想今后(#年的太空计划将比!#世 纪&#年代更加雄伟壮观"激动人心!人类遨游 太阳系的梦想有望在新世纪成为现实! 参考文献! %(&!2aO7NMa . *%0MO4IOL7P6MI4-7T3I3RIQISM 5AMO, LIMJ6QO36GMPMO7QIO3P2S76M%-&%+:>;,&##(#&" (&&#"=(&% %!&! 蔡善钰%空间同位素发电体系的应用现状与展望%E&% 核科学与工程"(&&""("#"$’1’1% %1&!;KOJIPX--"]7AJ?K3RQ.E%9%2%2S76M83RR3IP9, R3PX-7T3I3RIQISM0IVMO2WRQML%E&%>K6JM7O>MVR" (&&&""’!$% %"&!0OIRRMOF/%2>*0,!’IPQAM8IIP%-&%92*.+-M, SIOQ8/8,($&="(&$&% %)&!bMJJWF0"*OIP7H*%O7T3I3RIQISMK6JM7O5AMOLIMJM6QO360IVMO9P3QR3P -KRR37"92*7PT.KOISM7P2S76M*XMP6W-MRM7O6A 0OIXO7LR%+&%($QADPQMOP7Q3IP7J+IP4MOMP6MIP5AMO, LIMJM6QO36R"(&&’"))&% %&&!吕延晓"蔡善钰%空间核电源研究%-&%EDD*#1##!( *Y1%’%北京’核科技情报所"(&&’% %(#&+732A7P,WK"MQ7J%.P67SRKJ7Q3IPI4b3JI6KO3MR0IJIP3, KL,!(#;,&##(#&"0OI6MMT3PXR I4QAM2WLSIR3KLIP2S76M>K6JM7O0IVMO2WRQMLR" (&&#"$&)% #上接第(11页"6IPQ3PKMT4OILS7XM(11$ %"&!改进型船用堆 8-[的概念设计%-&%日本原子能研究 所核动力船舶研究开发室%(&&1%"=1!"&#% %)&!‘Ka3I2KTI"MQ7J%5M6AP367J-MSIOQ’+IOMQAMOL7J, AWTO7KJ36TMR3XPV3QA!#c /.94KMJ4IOKSXO7TMTOM, RM7O6AOM76QIOE--,1%E&%EIKOP7JI4>K6JM7O263MP6M7PT 5M6APIJIXW"(&=)"!!#’$’))(!)$"% %$&!2A7]5"MQ7J%+:88D[,(+’7QAOMM,T3LMPR3IPQO7P, R3MPQR3PXJMSA7RM6ILSKQMOSOIXO7L4IOQAMOL7J,AWTO7K, J36R7P7JWR3RI4R3PXJM7PTLKJQ36ILSIPMPQMPX3PMMO3PX RWRQMLR%-&%>9-.G)+-)$"&"HIJ%(’M?K7Q3IPR7PT PKLMO36R%(&&#% %’&!帕坦卡2H%传热与流体流动的数值方法%8&%合肥’安 徽科学技术出版社"(&="% %=&!+;[,5*2+4JIV9RMOFI6KLMPQ7Q3IP"*.*5M6APIJIXW .PX3PMMO3PX2I4QV7OM/3L3QMT"(&&&% %&&!国际原子能机构%当代压水堆核电站发展新趋势***先 进压水堆设计

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述评#D*.*,D.+F:+,=$($%8&%北 京’机械工业出版社"(&&’% "#( 万方数据 空间放射性同位素电池发展回顾和新世纪应用前景 作者： 蔡善钰， 何舜尧 作者单位： 中国原子能科学研究院同位素研究所,北京,102413 刊名： 核科学与工程 英文刊名： CHINESE JOURNAL OF NUCLEAR SCIENCE AND ENGINEERING 年，卷(期)： 2004，24(2) 引用次数： 10次 参考文献(10条) 1.Skrabek E A Performance of Radioisotope Thermoelctric Generator in Space 1990 2.蔡善钰 空间同位素发电体系的应用现状与展望 1994(4) 3.Furlong R R.Wahlquist E J U.S.Space Mission Using Radioisotope Power System 1999 4.Prosser D L SNAP-27 on the Moon 1969 5.Kelly D P.Arona V A radioisotope Heat Source on the Moon,Isotop 1970(4) 6.蔡善钰 在飞向外太空的征途上 1988(10) 7.蔡善钰 飞向木星的伽利略号 1990(12) 8.Pustovalov A A Nuclear Thermoelectric Power Units in Russia,USA and European Space Agency Research Programs 1997 9.吕延晓.蔡善钰 空间核电源研究 1997 10.Cai Shan-yu Encapsulation of Kilocuries Polonium-210 Heat Source 1990 相似文献(1条) 1.会议论文 蔡善钰.何舜尧 空间放射性同位素电池发展回顾和新世纪应用前景 2005 迄今为止,美俄两国已向空间发射了80多台空间核电源(包括同位素电池和反应堆电源).本文重点回顾了20世纪放射性同位素电池的研发 历史和空间发射现状;概括介绍了目前放射性同位素温差发电器(RTG)业已达到的技术水平和提高热电转换效率的最近动向;综述了美国、俄 罗斯和欧洲航天局在21世纪初期(2001-2015年)使用RTG的空间和太阳系探索计划,展现了RTG的广阔应用前景. 引证文献(10条) 1.张腾.张征 温差发电技术及其一些应用[期刊论文]-能源技术 2009(1) 2.蔡善钰 开启核科学技术时代的钋和镭——纪念居里夫妇发现钋和镭110周年[期刊论文]-同位素 2008(4) 3.任德鹏.贾阳.刘强 温差电源的整体热电耦合计算[期刊论文]-清华大学学报（自然科学版） 2008(8) 4.任德鹏.JIA Yang 温差发电器工作特性的数值研究[期刊论文]-航天器工程 2008(04) 5.Wang Yu.Zheng Wenbo.Wu Zhifei Fabrication and performance evaluation of the thermoelectric generation and performance measuring system[期刊论文]-高技术通讯（英文版） 2008(02) 6.贾阳.任德鹏 温差发电器中热电材料物性的影响分析[期刊论文]-电源技术 2008(04) 7.任德鹏.贾阳.刘强 肋片参数对辐射器散热性能的影响研究[期刊论文]-中国空间科学技术 2007(04) 8.郝少昌.卢振明.符晓铭.梁彤祥 核电池材料及核电池的应用[期刊论文]-原子核物理评论 2006(03) 9.贺佑丰 美国同位素生产和应用[期刊论文]-同位素 2006(02) 10.邹宇.黄宁康 伏特效应放射性同位素电池的原理和进展[期刊论文]-核技术 2006(06) 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_hkxygc200402001.aspx 下载时间：2010年1月27日