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引言——从“万户飞天”说起1

第1章 空间核动力概述3

1.1 空间核动力概念3

1.1.1 地球大气及其附近的空域4

1.1.2 核能——为“原子能”正名5

1.1.3 关于同核异能素的研究7

1.2 空间核动力的分类11

1.2.1 空间核热源12

1.2.2 空间核电源13

1.2.3 核推进19

1.2.4 双模式（兼具供电和推进功能）空间核动力系统22

1.3 空间核动力的特点25

1.3.1 空间核电源的技术特点25

1.3.2 核推进的技术特点39

1.3.3 双模式空间核动力的技术特点42

1.4 空间核动力的应用42

1.4.1 空间核热源的应用43

1.4.2 放射性同位素电源的应用43

1.4.3 空间核反应堆电源的应用47

1.4.4 核推进的应用54

参考文献58

第2章 空间核动力发展情况及趋势61

2.1 美国的发展概况61

2.1.1 放射性同位素电源（RTG）62

2.1.2 空间核反应堆电源68

2.1.3 核热推进81

2.1.4 核电推进90

2.2 俄罗斯的发展情况93

2.2.1 放射性同位素电源93

2.2.2 空间核反应堆电源94

2.2.3 核热推进102

2.2.4 核电推进111

2.3 其他国家的情况117

2.3.1 法国的ERATO空间核反应堆电源118

2.3.2 联邦德国的ITR空间核反应堆电源119

2.3.3 意大利的SPOCK空间核反应堆电源120

2.3.4 日本的RAPID星表核反应堆电源121

2.3.5 巴西的TERRA空间核反应堆电源121

2.4 美、苏／俄两国发展水平分析121

2.4.1 美、苏／俄都把空间核动力视为战略核心技术122

2.4.2 取得的重大成就123

2.4.3 美俄两国发展水平比较123

2.5 空间核动力的发展趋势126

2.5.1 热源模块化、单机功率高、系统一体化的238Pu放射性同位素电源127

2.5.2 大功率、长寿命的空间核反应堆电源128

2.5.3 适用于月球和火星基地的星表核反应堆电站128

2.5.4 以空间核反应堆电源为基础的核电推进系统129

2.5.5 中小型核火箭发动机129

2.5.6 双模式（电源／推进）空间核动力系统130

参考文献130

第3章 空间核动力中的热电转换133

3.1 温差发电技术133

3.1.1 温差发电器的原理与理论基础134

3.1.2 温差发电器的性能参数137

3.1.3 温差发电器电偶材料的特性参数140

3.1.4 温差发电器设计应注意的几个问题143

3.1.5 温差发电技术在空间的应用146

3.2 热离子转换148

3.2.1 热离子能量转换的原理和理论基础148

3.2.2 热离子能量转换器的分类和特性154

3.2.3 铯热离子能量转换器的电特性162

3.2.4 提高热离子转换性能的途径167

3.3 碱金属热电转换172

3.3.1 碱金属热电转换器转换原理与运行参数173

3.3.2 AMTEC的工作方式和工质177

3.3.3 碱金属能量转换在空间的应用179

3.4 磁流体发电180

3.4.1 磁流体发电的基本原理和循环系统181

3.4.2 磁流体发电机的组成与应用184

3.4.3 空间电源几种静态转换的比较186

3.5 动态循环187

3.5.1 朗肯循环187

3.5.2 布雷顿循环192

3.5.3 斯特林循环196

参考文献199

第4章 空间核动力中的材料203

4.1 空间核动力中的核燃料203

4.1.1 二氧化铀204

4.1.2 碳氮化铀210

4.2 空间核动力中的难熔金属215

4.2.1 难熔金属单晶217

4.2.2 难熔金属合金单晶219

4.2.3 难熔金属的中子辐照224

4.3 空间核动力中的绝缘材料229

4.3.1 陶瓷单晶的性能230

4.3.2 中子辐照性能234

4.4 空间核动力的慢化剂材料242

4.4.1 氢化锆243

4.4.2 氢化钇248

4.5 屏蔽材料249

4.5.1 轻屏蔽材料249

4.5.2 重屏蔽材料255

4.6 热电直接转换中的功能材料256

4.6.1 温差电偶材料257

4.6.2 固体电解质材料259

参考文献261

第5章 空间核动力的关键部件和实验设施265

5.1 放射性同位素电源的关键部件265

5.2 空间核反应堆电源的关键部件267

5.2.1 热离子燃料元件（TFE）267

5.2.2 铯蒸气供给系统274

5.2.3 辐射屏蔽278

5.2.4 转动控制鼓282

5.2.5 热管（式）辐射冷却器284

5.2.6 液滴（式）辐射冷却器287

5.3 核火箭发动机的最核心部件——燃料元件294

5.3.1 俄罗斯核火箭发动机的燃料元件294

5.3.2 美国今后着重发展的CERMET金属陶瓷燃料元件297

5.4 核电推进系统的关键部件299

5.4.1 电子轰击式离子发动机（900系列，美国）300

5.4.2 静态等离子体发动机（SPT-70，苏联）303

5.5 热离子空间核反应堆电源的主要试验设施306

5.5.1 “里克（Rig）”台架306

5.5.2 “第一核电站”的堆内回路考验装置308

5.5.3 “贝加尔”（Baikal）电加热综合试验台架312

5.6 俄罗斯专门用于核热推进试验的反应堆315

5.6.1 IGR石墨脉冲堆315

5.6.2 IVG-1实验堆317

5.6.3 IRGIT试验原型堆320

5.7 用于核火箭发动机及其主要部件实物试验的“贝加尔”台架321

5.7.1 “贝加尔”台架综合体的布置322

5.7.2 “贝加尔”试验台架综合体的主试验楼323

5.7.3 “贝加尔”试验台架综合体的功能特性325

参考文献326

第6章 空间核动力的安全与可靠性327

6.1 空间核动力的安全327

6.1.1 空间核动力安全概念327

6.1.2 历史上空间核动力的主要事故328

6.1.3 国际上关于和平利用空间核动力的一些法规／规范／建议331

6.1.4 空间核动力安全的特殊性334

6.1.5 空间核动力安全的有关考虑337

6.1.6 美国的空间核动力安全管理程序347

6.2 空间核动力的可靠性349

6.2.1 空间核动力可靠性概念349

6.2.2 可靠性设计350

6.2.3 可靠性评价355

6.2.4 使用可靠性评价与改进357

6.2.5 结论368

参考文献370

第7章 空间核动力装置举要371

7.1 最具代表性的空间核反应堆电源371

7.1.1 ROMASHKA空间核反应堆电源371

7.1.2 BUK空间核反应堆电源373

7.1.3 TOPAZ空间核反应堆电源375

7.1.4 ENISEY（TOPAZ-2）空间核电源系统378

7.1.5 SNAP-10A空间核反应堆电源383

7.1.6 SP-100空间核反应堆电源389

7.1.7 SPACE-R热离子空间核反应堆电源399

7.1.8 热管式火星／月球表面核反应堆电站（HOMER）408

7.2 最具代表性的核火箭发动机412

7.2.1 俄罗斯的RD-0410核火箭发动机实验样机412

7.2.2 小型核反应堆发动机（MITEE-Minature Reactor Engine）416

7.3 最具代表性的双模式空间核动力系统419

7.3.1 美国的NEBA-3双模式核火箭发动机419

7.3.2 俄罗斯的兆瓦级空间核动力飞船423

参考文献431

结束语——人间正道是沧桑433

索引435

致谢442