空间核能系统具有输出功率高、持续时间长等特点,是中国未来大型太空任务的理想选择,与地面核装置相比,其质量和体积直接决定着系统性能.该文在系统部件分析的基础上,建立了一个适用于闭式Brayton循环的质量估算模型,并开发了对应的MATLAB计算程序SPRBC.模型涵盖了核反应堆、屏蔽层、Brayton单元、回热器、热辐射器等主要部件.其中,核反应堆和屏蔽层的质量根据物理设计得到,Brayton单元的质量根据经验公式得到,回热器和热辐射器的质量根据换热器设计得到.该文研究不同功率下的系统质量,可以得出百千瓦级时系统比质量在30 kg/kWe左右.当输出功率达到兆瓦级水平时,系统比质量有可能降低到10 kg/kWe以下.此外,该文还对一个电功率为1.76 MW的Brayton空间核能系统进行了质量分析.结果表明:系统比质量可达到6.14 kg/kWe,热辐射器面积约为665 m2;系统总质量约为10.8t,其中核反应堆、屏蔽层和Brayton单元的份额较大,分别占22.5％、22％和26.4％.
比质量 质量估计 Brayton单元 核动力系统 太空应用