據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)透露，自主研發(fā)的基于氦氙混合工質(zhì)的空間閉式布雷頓熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，已經(jīng)完成多次系統(tǒng)級(jí)熱試車，取得了重大進(jìn)展。這一技術(shù)雖對(duì)一般民眾并不太為人所知，但在國(guó)內(nèi)外業(yè)界卻引起了極高的關(guān)注。該技術(shù)的突破標(biāo)志著中國(guó)在空間反應(yīng)堆電源技術(shù)方面取得了巨大進(jìn)步，可有效解決深空探測(cè)、月球和火星基地的能源難題。

中國(guó)航天再突破

在空間動(dòng)力領(lǐng)域中，基于閉式布雷頓循環(huán)的空間核電轉(zhuǎn)換技術(shù)具有非常重要的發(fā)展?jié)摿ΑＫㄟ^(guò)轉(zhuǎn)換核反應(yīng)堆內(nèi)的高溫高壓氣體為軸功率，并利用盈余軸功率所帶來(lái)的巨大優(yōu)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)維持氣體循環(huán)，同時(shí)輸出電能以滿足電力需求。這種技術(shù)具有高效、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)未來(lái)發(fā)展航天飛行器，軌道交通、深空探測(cè)任務(wù)以及建設(shè)星際能源站等方面擁有重要意義。美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家已率先開(kāi)始研發(fā)空間核動(dòng)力系統(tǒng)及部件，現(xiàn)階段主推用基于閉式布雷頓循環(huán)熱電轉(zhuǎn)換的空間核電推進(jìn)方案在百千瓦等高功率級(jí)別方面擁有廣泛應(yīng)用。

關(guān)于布雷頓循環(huán)，一般指燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)。該循環(huán)由絕熱壓縮、等壓加熱、絕熱膨脹和等壓冷卻四個(gè)過(guò)程組成。而簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的理想熱力循環(huán)，則主要由壓氣機(jī)中的等熵壓縮、燃燒器的等壓加熱、透平的等熵膨脹和通向大氣的等壓排熱四個(gè)過(guò)程組成。從基本原理和效果上看，其核心概念為廢氣再利用。即通過(guò)將廢氣冷卻后重新加熱，將其納入封閉循環(huán)系統(tǒng)中，與外界只有能量轉(zhuǎn)換，而無(wú)物質(zhì)交換。目前，該技術(shù)的功率已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了百千瓦級(jí)，且具備功率密度大、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

中國(guó)大規(guī)模利用太空

未來(lái)，該系統(tǒng)可應(yīng)用于中國(guó)太空站、太空拖船、星表科考站等航天領(lǐng)域，其意義重大。前兩年，中國(guó)航天宣布正在研制千米級(jí)大型航天器，而在能源領(lǐng)域的突破，為我們大規(guī)模利用太空距離又進(jìn)了一步。

在技術(shù)融合與協(xié)同創(chuàng)新的帶動(dòng)下，我們的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在空間布雷頓熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)上獲得了多項(xiàng)技術(shù)突破，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空間核能應(yīng)用的發(fā)展空白，有效地促進(jìn)了空間核電轉(zhuǎn)換技術(shù)的工程研制，為早日實(shí)現(xiàn)核動(dòng)力飛行器在軌應(yīng)用打下了牢固基礎(chǔ)。能源和動(dòng)力是決定人類的自由探索空間活動(dòng)的關(guān)鍵因素。

我們的成功研制百千瓦級(jí)空間布雷頓熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，是我國(guó)空間核動(dòng)力領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)的重要成果，代表著我國(guó)在該領(lǐng)域向世界領(lǐng)先水平邁進(jìn)。探索太空將迎來(lái)嶄新的時(shí)代。此項(xiàng)技術(shù)還可以為地面移動(dòng)電站、極地/深海能源站、特種船舶動(dòng)力等領(lǐng)域開(kāi)拓更廣闊的應(yīng)用前景。

比太陽(yáng)能板效率更高

隨著航天技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)備數(shù)量的增多，對(duì)電源的需求也越來(lái)越高。雖然太陽(yáng)能是我們常見(jiàn)航天器電源的主要來(lái)源，但其存在一些瓶頸。首先，現(xiàn)代太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率僅約20%左右，對(duì)于像空間站這樣大型航天器所需的能量而言，需要安裝巨大面積的太陽(yáng)能帆板，在太空中展開(kāi)和發(fā)射帆板也十分困難。此外，由于太陽(yáng)能電池的功能依賴于太陽(yáng)輻射，一旦飛行器離太陽(yáng)較遠(yuǎn)，其工作效率將大大降低，如到達(dá)木星時(shí)，其獲取的太陽(yáng)能只有地球附近的十分之一。因此，深空太空核電系統(tǒng)已成為航天發(fā)展的重要領(lǐng)域。幸運(yùn)的是，我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，預(yù)計(jì)在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)還將廣泛應(yīng)用。