CN114044170A - 一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器，其特征在于，所述航天器包括：反应堆(1)，屏蔽体框架支撑舱(2)、支撑舱网罩(3)及展开机构支撑(4)、航天器太阳能电池帆板(5)以及航天器平台仪器设备舱(6)；其中，所述反应堆(1)在航天器的一端，所述屏蔽体组件位于所述反应堆(1)与展开机构(4)之间；展开机构(4)将反应堆与航天器平台分隔开开，航天器平台位于与反应堆相距最远的另一侧，包括航天仪器设备舱(6)、太阳能帆板(5)。
Description
技术领域
本发明属于航天器工程技术领域，涉及一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器。
背景技术
空间能源需求不断增长，但受传统能源形式的限制，空间能源受到质量、寿命等的限制。核能作为新型能源，具有大功率密度、长寿命、无需氧气等优点，适用于空间环境。但核反应堆的引入带来高温、高辐照问题，航天器为保证正常运行，需增加辐射屏蔽结构以降低平台受到的辐射剂量。辐射屏蔽结构通常由密度较大的材料构成，一般包括钨或铀金属用于屏蔽光子，以及LiH材料用于屏蔽中子，并且二者需要具有一定的厚度，由此导致辐射屏蔽结构重量较大。此外，由于屏蔽重量较大，航天器通常还需使用伸展机构将反应堆与航天器平台分隔开一定距离以减少屏蔽体的使用，但同时也增加了结构重量，进而使得系统总体质量较大。实际上，屏蔽体结构属于共性结构，可以在不同航天器之间共用、复用，可以在轨组装。将屏蔽体与航天器结构分离开来，能够将二者的设计解耦开，并且减少发射质量，提高经济性和效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器，所述航天器包括：
反应堆1，屏蔽体组件，展开机构支撑4、航天器太阳能电池帆板5以及航天器平台仪器设备舱6；其中，所述反应堆1在航天器的一端，所述屏蔽体组件位于所述反应堆1与展开机构4之间；展开机构4将反应堆与航天器平台分隔开开，航天器平台位于与反应堆相距最远的另一侧，包括航天仪器设备舱6、太阳能帆板5。
优选地，所述屏蔽体组件包括屏蔽体框架支撑舱2、支撑舱网罩3，所述屏蔽体框架支撑舱2呈圆锥台形框架式结构，用于屏蔽体模块在轨装入与卸出。
优选地，所述支撑舱网罩3设置于所述屏蔽体框架支撑舱2外侧，用于屏蔽体模块的固定与锁紧，能够保证满足辐射屏蔽要求。
优选地，所述屏蔽体框架支撑舱2的圆锥台形框架式结构为半侧，另半侧为开放结构，设置为支撑舱网罩3；所述支撑舱网罩3为可转动网罩，当模块化屏蔽体装入后，可转动网罩关闭并锁定，确保屏蔽体不会因航天器姿态变化而脱出。
优选地，所述屏蔽体呈圆锥台形式，屏蔽体上开不同的槽道，以便装卸时避开反应堆反应性控制装置通道7。
优选地，为减少屏蔽体上前后贯穿通道，屏蔽体需沿不同角度装入支撑舱框架结构中形成组合体。
优选地，所述航天器上还设置有机器人，采用机器人协助屏蔽体的组装与装卸过程，协助完成锁定、解锁功能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明的模块化屏蔽体结构具有在轨组装特性，可根据需要选择不同类型的模块化屏蔽体结构，自由组合成不同材料、不同厚度的屏蔽结构，满足不同任务的需求；2)本发明的模块化屏蔽体结构能够在航天器退役前分离并转移到其他航天器上重复使用，大大提高了经济性；3)本发明能够大大降低航天器平台所受到的辐射剂量，因此可减短展开机构长度，进一步降低总体质量，并减少总体长度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的反应堆侧局部结构示意图；
图3为本发明的模块化屏蔽体结构示意图；
图4为本发明的模块化屏蔽体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的目的在于提供一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器，具有模块化空间核动力航天器屏蔽体结构，实现了辐射屏蔽要求与系统质量要求的结合，可用于空间核动力航天器设计中进行结构优化与减重，主要涉及到航天器工程、核反应堆、核技术、机械工程等技术领域。
所述航天器包括：反应堆1，屏蔽体组件，展开机构支撑4、航天器太阳能电池帆板5以及航天器平台仪器设备舱6；其中，所述反应堆1在航天器的一端，所述屏蔽体组件位于所述反应堆1与展开机构4之间；展开机构4将反应堆与航天器平台分隔开开，航天器平台位于与反应堆相距最远的另一侧，包括航天仪器设备舱6、太阳能帆板5。
根据本发明的一个实施例，所述屏蔽体组件包括屏蔽体框架支撑舱2、支撑舱网罩3，所述屏蔽体框架支撑舱2呈圆锥台形框架式结构，用于屏蔽体模块在轨装入与卸出。
根据本发明的一个实施例，所述支撑舱网罩3设置于所述屏蔽体框架支撑舱2外侧，用于屏蔽体模块的固定与锁紧，能够保证满足辐射屏蔽要求。
根据本发明的一个实施例，所述屏蔽体框架支撑舱2的圆锥台形框架式结构为半侧，另半侧为开放结构，设置为支撑舱网罩3；所述支撑舱网罩3为可转动网罩，当模块化屏蔽体装入后，可转动网罩关闭并锁定，确保屏蔽体不会因航天器姿态变化而脱出。
根据本发明的一个实施例，所述屏蔽体呈圆锥台形式，屏蔽体上开不同的槽道，以便装卸时避开反应堆反应性控制装置通道7。
根据本发明的一个实施例，为减少屏蔽体上前后贯穿通道，屏蔽体需沿不同角度装入支撑舱框架结构中形成组合体。
根据本发明的一个实施例，所述航天器上还设置有机器人，采用机器人协助屏蔽体的组装与装卸过程，协助完成锁定、解锁功能。
本发明的航天器的屏蔽体结构具有可复用性与模块化特征，通过在轨组装进行使用，可为空间核动力航天器减重及结构优化设计提供帮助。
该简化构型将空间核动力航天器的辐射屏蔽结构位置进行了特殊设计，更改为了框架结构，能够允许屏蔽体结构在轨安装进入特定位置并固定锁紧，同时可以在特定位置自由组合成不同厚度、不同材料的屏蔽结构实现不同的辐射屏蔽效果。组装完毕后，网罩3关闭并锁紧确保屏蔽体不会脱离航天器。
本发明提供的屏蔽体结构，具有模块化特征，所有此类航天器均具有此特征，组装使用屏蔽体后，能够在退役前将屏蔽体提供给其他航天器进行重复使用，大大节省重复发射屏蔽体结构带来的成本。此外，不同航天器可根据自身不同的辐射防护需求，自由组合屏蔽体结构，能够充分利用空间在反应堆与航天器之间模块化的组成不同厚度的屏蔽体结构，一方面大幅降低航天器平台所受到的辐射剂量，另一方面由于降低了辐射剂量，还可降低展开机构长度，进而进一步减少了系统总体质量及长度。本模块化屏蔽体结构设计解决了传统空间核动力航天器每次发射均需要携带重量占比较大的纯结构物质以降低辐射剂量的难题，通过将可重复使用的纯结构物质与航天器结构分离开来，并根据需要进行在轨组装，如此还可减少航天器受重量、辐射限制带来的设计约束，实现总体设计更优。
下面结合附图1-4与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1，一种空间核动力航天器模块化屏蔽体结构，其结构主要包括反应堆1、屏蔽体框架支撑舱2、支撑舱网罩3、展开机构支撑4、航天器太阳能电池帆板5、航天器平台仪器设备舱6。
结合图2，屏蔽体框架支撑舱2位于反应堆1与展开机构支撑之间，呈圆锥台形框架式结构，可实现屏蔽体模块在轨装入与卸出，同时由限位结构及网罩实现屏蔽体模块的固定与锁紧。航天器平台上还设置有操作机器人，其机械臂可协助屏蔽体的组装与装卸过程。屏蔽体呈圆锥台形式，可在后方阴影形范围内屏蔽辐射，减小后方的辐射剂量。图中4为反应堆反应性控制装置通道，屏蔽体装卸时需将屏蔽体上的通道对准反应性控制装置通道。并且，为减少屏蔽体上前后贯穿通道，需将屏蔽体沿不同角度装入支撑舱框架结构中。
结合图3，反应堆屏蔽结构中间开有不同长度的槽道，为屏蔽体装入支撑舱结构时供反应性控制装置通道穿过的槽道，屏蔽体从不同角度装入支撑舱，反应性控制装置槽道位置不同。
结合图4，图4为从另一角度装入支撑舱的屏蔽体结构。
综上，本发明的模块化空间核动力航天器屏蔽体结构可以实现利用同类型航天器的辐射屏蔽材料用于重新组装、复用，实现大幅降低辐射剂量并减少重复发射，降低经济成本。本发明的模块化屏蔽体结构可以减短空间核动力航天器中为降低辐射而增加长度的展开机构，进一步降低系统总体质量，并有助于航天器的总体控制等。本发明可以复用空间反应堆辐射屏蔽材料，提高空间发射效率，降低单次发射成本，适合未来空间大范围应用。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器，其特征在于，所述航天器包括：
反应堆(1)，屏蔽体组件，展开机构支撑(4)、航天器太阳能电池帆板(5)以及航天器平台仪器设备舱(6)；其中，所述反应堆(1)在航天器的一端，所述屏蔽体组件位于所述反应堆(1)与展开机构(4)之间；展开机构(4)将反应堆与航天器平台分隔开，航天器平台位于与反应堆相距最远的另一侧，包括太阳能帆板(5)、航天仪器设备舱(6)。
2.如权利要求1所述的一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器，其特征在于，所述屏蔽体组件包括屏蔽体框架支撑舱(2)、支撑舱网罩(3)，所述屏蔽体框架支撑舱(2)呈圆锥台形框架式结构，用于屏蔽体模块在轨装入与卸出。
3.如权利要求2所述的一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器，其特征在于，所述支撑舱网罩(3)设置于所述屏蔽体框架支撑舱(2)外侧，用于屏蔽体模块的固定与锁紧，能够保证满足辐射屏蔽要求。
4.如权利要求3所述的一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器，其特征在于，所述屏蔽体框架支撑舱(2)的圆锥台形框架式结构为半侧，另半侧为开放结构，设置为支撑舱网罩(3)；所述支撑舱网罩(3)为可转动网罩，当模块化屏蔽体装入后，可转动网罩关闭并锁定，确保屏蔽体不会因航天器姿态变化而脱出。
5.如权利要求4所述的一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器，其特征在于，所述屏蔽体呈圆锥台形式，屏蔽体上开不同的槽道，以便装卸时避开反应堆反应性控制装置通道(7)。
6.如权利要求4所述的一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器，其特征在于，为减少屏蔽体上前后贯穿通道，屏蔽体需沿不同角度装入支撑舱框架结构中形成组合体。
7.如权利要求4所述的一种使用模块化屏蔽体结构的核动力航天器，其特征在于，所述航天器上还设置有机器人，采用机器人协助屏蔽体的组装与装卸过程，协助完成锁定、解锁功能。
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