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八〇一所空间闭式布雷顿循环大功率热电转换系统取得重大突破

空间推进 2023-03-10 20:27 Posted on 上海

2023年3月,由中国航天科技集团六院八〇一所自主研制的基于氦氙混合工质的空间闭式布雷顿热电转换系统,顺利进行了多次系统级热试车。结合多参数联调完成了系统深度变工况运行,成功实现了百千瓦内多能级电功率输出,是我国目前空间闭式布雷顿循环热电转换系统的最大发电功率,取得了里程碑式的重大突破,这标志着八〇一所空间热电转换技术已达到国际先进水平。


(高功率发电时的高温涡轮组件)


基于闭式布雷顿循环的空间核电转换技术是空间动力领域十分重要的发展方向,通过涡轮将核反应堆内高温、高压气体转化为轴功率,在驱动压气机维持气体循环的同时,利用盈余轴功率驱动高速电机向外输出电能,具有高效、高功率密度的巨大优势,对于未来空间拖船、轨道转移飞行器、深空探测任务和星表能源站建设意义重大。美国、俄罗斯等国家已先我国一步开始空间核动力系统及部件的设计研发工作,目前在百千瓦及以上功率等级均推举基于闭式布雷顿循环热电转换的空间核电推进方案。


(基于闭式布雷顿循环的空间核电转换系统)


我国在核电推进领域起步较晚,且空间闭式布雷顿循环热电转换系统因受到空间环境的影响,在散热处理、轴系设计、系统集成、控制策略、选材制造等多方面都与地面布雷顿循环发电系统存在着较大的差异和更高挑战,因而同时具有研发周期长、学科跨度大、技术难度高的特点,多项技术空白亟待填补。


(基于闭式布雷顿循环的核电推进系统结构)


在各级领导及总体单位的大力支持下,八〇一所从十二五末开始规划先进空间核推进技术发展战略,并持续大力投入开展闭式布雷顿循环大功率热电转换技术创新研发工作。数年深耕,目前研发团队已有相关专业博士10余名,具有高级职称技术人员占比达到80%。通过技术融合与协同创新,研发团队在空间布雷顿热电转换技术上取得了多项技术突破,极大填补了国内空间核能应用的发展空白,有力推动了空间核电转换技术的工程化研制进程,为尽早实现核动力飞行器的在轨应用奠定了坚实基础。



能源和动力,是决定人类空间活动自由的最关键因素。此次百千瓦级空间布雷顿循环热电转换系统的成功研制,是我国空间核动力领域关键技术攻关的重要成果,代表着我国在该技术领域向世界领先水平迈进。届时,我们对于太空的探索将进入全新的维度。


(空间核动力飞船的在轨运行概念图)


该项技术还可以拓展应用至地面移动电站、极地/深海能源站、特种船舶动力等领域。




供稿:薛翔、王浩明

编辑:鲍宜静

审核:马林、王园丁


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