核热火箭发动机系统循环方案分析与设计

核热火箭发动机是未来实现载人火星探测的首选动力方案,其具备高比冲、大推力和长工作寿命等优点.我国在此方面研究较少,亟需开展核热推进技术理论及方法的研究.核热火箭发动机系统循环分析与设计是关键问题之一,对推进系统总体设计有重要意义.分析了3种可用于核热火箭发动机系统循环的方案特点,基于闭式膨胀循环设计了比冲为910 s的氢气核热推进系统和比冲为390 s的氨气核热推进系统方案,对比发现氢气系统更适合于载人深空探测,而氨气系统在推进剂长期在轨储存和对涡轮泵及反应堆的设计要求等方面有一定的优势,可胜任轨道高度变化相对较小的长期多次空间探测任务,作为液氧甲烷发动机的补充和替代.此外,结合设计过程以及核火箭发动机与化学火箭发动机的差异,围绕系统循环分析与设计提出了几点研究内容,为我国核热推进系统的发展提供参考.