空间热离子反应堆在轨保温策略及分析

摘要

复杂的宇宙热环境对于空间反应堆安全入轨是巨大的挑战,设计不当将导致液态金属工质冷凝,阻碍反应堆安全启动。本文基于空间热离子反应堆系统瞬态分析程序TASTIN,开发了辐射器热流传输模型(TASTIN-RAD)以及遮热罩辐射传热模型(TASTIN-SHIELD),对空间热离子反应堆系统在非自旋及自旋飞行状态下,开式及闭式遮热罩方案进行了设计分析。结果表明,在无额外热源投入下,在首个飞行周期内,自旋状态优于非自旋状态,在随后飞行周期内非自旋状态优于自旋状态,反应堆非自旋在轨飞行24 h后流体温度接近凝固点(260 K),需采取额外保温措施。采用开式遮热罩,太阳热流对流体加热效果显著,飞行24 h后流体最低温度295 K,可保证流体不凝固。采用闭式遮热罩,遮热罩顶端具有特殊吸发比,可加热系统回路,在经历两个周期的绕轨飞行后,回路流体最低温度升高至301.5 K。两种保温方案均有效保障了系统长时间运行,具有较高安全裕度。本文计算结果为空间热离子反应堆在轨保温方案设计提供了基础。