CN206394910U - 一种基于兆瓦级核反应堆电源的载人火星飞船 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于兆瓦级核反应堆电源的载人火星飞船，飞船整体结构为哑铃型，一端为核反应堆电源，另一端为载荷以及其他分系统，两端由可展开式的主桁架结构相连接，主散热板安装在主桁架的两边呈三角状展开，本实用新型克服了原有载人火星飞船采用太阳能电源方案和化学推进方案的不足，有效解决深空探测太阳能电源供电能力不足问题，避免采用大面积太阳能电池板带来的航天器姿态控制问题。

Description

一种基于兆瓦级核反应堆电源的载人火星飞船

技术领域

本实用新型属于深空探测和载人航天器领域，具体涉及一种基于兆瓦级核反应堆电源的载人火星飞船。

背景技术

随着我国航天技术的不断发展，为适应科学探测以及工程技术的实现，我国必将开展以月球、火星为目标的载人深空探测任务。载人飞船是指供航天员在太空生活和工作并返回的载人航天器，载人火星飞船是指主要用于火星探测的载人飞船。

随着距离太阳越远，太阳辐射热流急剧下降，传统基于太阳能电池阵和蓄电池的能源系统不再适用于载人火星飞船。核电源系统可独立于太阳能工作的特点使其成为载人火星飞船能源系统的首要选择。空间核电源系统主要包括放射性同位素电源和空间核反应堆电源。载人火星飞行周期长，飞船和航天员所需的总电功率非常大，往往达到兆瓦级。由于放射性同位素电源电功率通常只有数百瓦，无法满足兆瓦级的能量需求，空间核反应堆电源成为载人火星飞船必备的能源系统。美国在载人登月任务中均使用放射性同位素电源，未采用核反应堆电源。此外，只用俄罗斯和美国发射过载有空间核反应堆电源的航天器，但均用于侦察和导航卫星，未应用于载人航天领域。国内尚未开展基于核反应堆电源的载人火星飞船设计工作。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于兆瓦级核反应堆电源的载人火星飞船，克服原有载人火星飞船采用太阳能电源方案和化学推进方案的不足，有效解决深空探测太阳能电源供电能力不足问题，避免采用大面积太阳能电池板带来的航天器姿态控制问题。

一种基于兆瓦级核反应堆电源的载人火星飞船，该载人火星飞船包括核反应堆电源、主散热板、主桁架、乘员舱、电推进系统、电推进散热板、推进剂贮箱、通信天线、对接舱、贮箱桁架、升降器、着陆器。

核反应堆电源位于在整个载人火星飞船的前端，与主桁架固定连接，主散热板安装在主桁架的两边呈三角状展开，乘员舱一端与主桁架固定连接，另一端面上安装有对接舱，对接舱上部安装有通信天线，乘员舱另一端以乘员舱的轴线为中心线对称安装两组贮箱桁架，推进剂贮箱对称安装在贮箱桁架上，两组电推进系统对称安装在两组贮箱桁架两端面，两个电推进散热板安装在电推进系统外部，升降器及着陆器通过对接舱口与对接舱连接。

进一步地，主桁架可伸缩，同时为电缆网、通信网提供安装空间。

进一步地，核反应堆电源后端设有屏蔽装置，为飞船其余部分屏蔽放射性射线。

进一步地，对接舱安装有两个以上对接舱口，用以连接升降器及着陆器。

有益效果：

1、本实用新型采用核反应堆电源供电，摆脱航天器对太阳能的依赖，可为飞船提供兆瓦级的电能，有效解决深空探测太阳能电源供电能力不足问题，避免采用大面积太阳能电池板带来的航天器姿态控制问题，并且飞船轨道设计可不必考虑对日定向。

2、本实用新型采用核反应堆电源和大功率电推进结合的推进方案，比冲可达10000s量级，可以大幅度降低飞船推进剂携带量，进而增大载荷和航天员必需品携带量。

3、本实用新型采用一种可在轨安装、可展开的大型桁架设计，具备结构稳定、安装灵活等优点，有效满足使用核反应堆电源带来的核安全要求。

4、本实用新型对接舱安装有两个以上对接舱口，可以连接多种舱段，构成不同的飞船总体方案。

5、本实用新型主桁架可伸缩，发射前收缩在整流罩中，节省空间，同时为电缆网、通信网提供安装空间。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的俯视图；

图3为升降器和着陆器组合体的结构示意图。

其中，1-核反应堆电源，2-主散热板，3-主桁架，4-乘员舱，5-电推进系统，6-电推进散热板，7-推进剂贮箱，8-通信天线，9-对接舱，10-贮箱桁架，11-升降器，12-着陆器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型提供了一种基于兆瓦级核反应堆电源的载人火星飞船，参见附图1、图2，它包括：核反应堆电源1、主散热板2、主桁架3、乘员舱4、电推进系统5、电推进散热板6、推进剂贮箱7、通信天线8、对接舱9、贮箱桁架10、升降器11、着陆器12。

本实施例中，飞船电源全部来自核反应堆电源1，核反应堆采用裂变方式释放出大量热量，再将热能输入给热电转换装置，热电转换可以是静态转换，也可以是动态转换。输出的电能经过高压配电线传输给供配电系统，然后由供配电系统分配给各用电单元。

飞船整体结构为哑铃型，一端为核反应堆电源1，另一端为载荷以及其他分系统。两端由可伸缩的主桁架3相连接，保证核反应堆电源1与载荷相隔一段距离。主桁架3的设计要满足一定刚度需求，保证飞船整体结构的稳定性，同时为电缆网、通信网提供安装空间。

核反应堆电源1位于在整个载人火星飞船的前端，与主桁架3固定连接，核反应堆电源1后端设有屏蔽装置，为飞船其余部分屏蔽放射性射线。核反应堆电源1在发电的同时会产生大量废热，绝大部分废热通过辐射方式由主散热板2排散，少部分传递给卫星平台用于飞船的热控。主散热板2安装在主桁架3的两边呈三角状展开，乘员舱4一端与主桁架3固定连接，另一端面上安装有对接舱9，对接舱9上部安装有通信天线8，乘员舱4另一端以乘员舱4的轴线为中心线对称安装两组贮箱桁架10，推进剂贮箱7对称安装在贮箱桁架10上，两组电推进系统5对称安装在两组贮箱桁架10两端面，两个电推进散热板6安装在电推进系统5外部，升降器11及着陆器12通过对接舱口与对接舱9连接。对接舱9安装有两个以上对接舱口，用于连接升降器11及着陆器12，对接舱部分可以连接多种舱段，构成不同的飞船总体方案，升降器和着陆器组合体的结构如图3所示。

本实施例采用在轨安装的方式分次发射，共四次，主桁架3可伸缩，发射前收缩在整流罩中，节省空间，第一次发射核反应堆电源1、主散热板2和主桁架3，第二次发射乘员舱4、升降器11和着陆器12，第三、四次发射推进系统部分，各组成部分发射可以自由组合无先后顺序，然后在空间站进行安装。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于兆瓦级核反应堆电源的载人火星飞船，其特征在于，该载人火星飞船包括核反应堆电源、主散热板、主桁架、乘员舱、电推进系统、电推进散热板、推进剂贮箱、通信天线、对接舱、贮箱桁架、升降器、着陆器；

所述核反应堆电源位于在整个载人火星飞船的前端，与主桁架固定连接，主散热板安装在主桁架的两边呈三角状展开，乘员舱一端与主桁架固定连接，另一端面上安装有对接舱，对接舱上部安装有通信天线，乘员舱另一端以乘员舱的轴线为中心线对称安装两组贮箱桁架，推进剂贮箱对称安装在贮箱桁架上，两组电推进系统对称安装在两组贮箱桁架两端面，两个电推进散热板安装在电推进系统外部，升降器及着陆器通过对接舱口与对接舱连接。

2.如权利要求1所述的基于兆瓦级核反应堆电源的载人火星飞船，其特征在于，所述主桁架可伸缩，同时为电缆网、通信网提供安装空间。

3.如权利要求1所述的基于兆瓦级核反应堆电源的载人火星飞船，其特征在于，所述核反应堆电源后端设有屏蔽装置。

4.如权利要求1所述的基于兆瓦级核反应堆电源的载人火星飞船，其特征在于，所述对接舱安装有两个以上对接舱口，用以连接升降器及着陆器。