张怡晨，胡宇鹏，王 泽，朱长春，胡绍全，李思忠

（中国工程物理研究院 总体工程研究所，绵阳 621999）

引 言

随着人类对太空认识的深入，深空探测任务对大功率（数十千瓦至数兆瓦）空间电源的需求也越来越迫切。而传统太阳能电池阵的功率上限为50 kW，并且难以提供连续稳定的电功率。近年来，空间核反应堆电源由于具有不依赖太阳、全天候连续工作、能量密度高、环境适应性好等优点成为大功率空间电源研究的重点[1]。空间核反应堆电源主要由反应堆、热电转换器和散热器等分系统组成，如图1所示，其通过持续的链式裂变反应，产生连续、高能量密度的热量，热量在热电转换器中转换为电功率，剩余热量由散热器排除以保证电源稳定工作[2]。

图1 空间核反应堆电源系统原理图Fig.1 Schematic diagram of space nuclear power system

热电转换器作为空间核反应堆电源中的核心部件，工作方式的设计至关重要，主要包括以下两种方式：动态转换和静态转换。对于动态转换方式，核裂变所产生的热能先被转换成机械能，然后通过交流发电机将机械能转换为电能，目前研究主要集中在朗肯循环、布雷顿循环和斯特林循环[3-5]。这类转换方式的转换效率可达20%以上，但运动部件引起的可靠性问题是制约其在空间大规模应用的主要原因[6-7]。静态转换方式不需要机械部件即可直接将热能转换为电能。由于不存在运动部件，其可靠性较高，并且比体积和比体重小[8]。可用于空间的常见静态转换主要有温差发电器、热离子热电转换器和碱金属热电转换器。……