一种基于核电源供电的月面电磁发射系统的制作方法

1.本发明涉及深空探测与电磁发射技术领域，具体涉及一种基于核电源供电的月面电磁发射系统。


背景技术：

[0002][0003]
传统货运方式主要采用基于化学能的运载火箭发射航天器，该方式受限于发动机比冲，单次发射任务需携带较大比重的推进剂，导致有效载荷比不高。同时，运载火箭发射方式操作较为复杂、难以重复使用，发射任务效能较低。相比之下，基于电能的电磁发射系统可操作性强、可重复使用、安全可靠、无污染气体排放，尤其是发射效率更高，十分适用于高频次、大批量的发射与货物运输任务。
[0004]
电磁发射对电能具有相当大的需求，在空间或者月球上，依靠传统的太阳能发电需要很大的电池阵面积，且易受到阴影区影响。核反应堆电源具有能量自主产生、能量密度高、电功率大等优点，适合用于空间或月球上的大功率能源供给。
[0005]
鉴于此，提出一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，用于实现对月球资源的大规模利用。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于提供一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，通过可重复使用的电磁系统进行高频次发射实现对月球资源的运输和利用。
[0007]
为了达到上述的目的，本发明提供一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，包括：核电源发电系统、电能储供系统、运行控制系统、磁悬浮与驱动系统、磁悬浮轨道、航天器；
[0008]
所述核电源发电系统用于将反应堆热能转换为电能，为电磁发射系统提供所需的初始电能；
[0009]
所述电能储供系统用于接收由核电源发电系统传输而来的电能并进行存储，需要用电时为发射系统供电；
[0010]
所述运行控制系统用于对整个电磁发射系统进行启停和运行过程中的控制，确保发射任务按要求实施；
[0011]
所述磁悬浮与驱动系统用于承载、固定航天器，为其提供驱动动力，为航天器提供发射所需速度；
[0012]
所述磁悬浮轨道用于支撑磁悬浮驱动系统，实现航天器沿一定方向和角度的加速与起飞；
[0013]
所述航天器用于承载月球矿产资源货物进入空间。
[0014]
上述一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其中，所述核电源系统布置于远离电磁发射场的月球表面，通过电缆与发射场的电能储供系统进行连接。
[0015]
上述一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其中，所述核电源系统包含：反应堆、辐射屏蔽、热电转换、辐射散热模块，反应堆与辐射屏蔽埋入月壤中，热电转换与辐射散热置于月壤之上。
[0016]
上述一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其中，所述核电源系统对周边设备设施的辐射剂量应小于一定阈值。
[0017]
上述一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其中，所述电能储供系统采用机械或电磁储能技术，对电能进行存储和管理，执行发射任务时，进行变换和调节后提供给磁悬浮与驱动系统。
[0018]
上述一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其中，所述磁悬浮与驱动系统采用超导磁悬浮和直线电机驱动技术，包含：电机定子、电机动子、永磁体、支撑滑撬。
[0019]
上述一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其中，所述支撑滑撬用于与航天器锁定连接，实现与航天器的同步加速，在航天器达到所需速度时与其解锁分离。
[0020]
上述一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其中，所述磁悬浮轨道用于对支撑滑撬进行加速和减速，为倾斜直线轨道，通过支架支撑并沿着月球表面山丘布置，形成一定的发射角度。
[0021]
上述一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其中，所述航天器利用通用化接口与支撑滑撬锁定连接，在达到所需速度后与其解锁分离，用于承载月球资源实现货物运输。
[0022]
与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：
[0023]
1、采用了电磁发射替代传统的运载火箭发射方式，降低或省去了发射任务中推进剂的携带量，提高了有效载荷比。同时，避免了推进剂燃烧产物对环境的影响。
[0024]
2、通过安全可靠、可重复使用的电磁发射系统，实现了货物的高频次发射，提高了自动化水平和任务效能，促进了对月球资源的大规模开发和利用。
[0025]
3、采用核反应堆电源为具有大功率电能需求的电磁发射系统进行供电，提高了供电效能，省去了大面积的太阳电池阵，解决了对光照条件的约束问题。
附图说明
[0026]
本发明的一种基于核电源供电的月面电磁发射系统由以下的实施例及附图给出。
[0027]
图1为基于核电源供电的月面电磁发射系统基本原理；
[0028]
图2为基于核电源供电的月面电磁发射系统示意；
[0029]
图3为月面用的核反应堆电源系统组成与布置示意。
具体实施方式
[0030]
以下对本发明的一种基于核电源供电的月面电磁发射系统作进一步的详细描述。
[0031]
如图1所示，基于核电源供电的月面电磁发射系统包含核电源发电系统、储能与供电系统、悬浮与驱动系统，磁悬浮轨道、航天器系统、运行控制系统。月面电磁发射系统的初始电能来源于核反应堆电源，初始电能被传输至储能与供电系统，经存储和调节后为悬浮与驱动系统提供大功率脉冲电能。悬浮与驱动系统基于超导磁悬浮技术和直线电机技术，由电机动子带动滑撬在磁悬浮轨道上进行加速，航天器承载月球资源并与滑撬连接，随着
滑撬加速至一定速度后与滑撬分离，进入空间。电磁发射航天器的过程通过运行控制系统实现全流程控制和管理。
[0032]
如图2所示，核电源发电系统布置于发射场附近，考虑对附近设施/设备的辐射影响，与发射场隔开有效的安全距离。核电源发电系统通过电缆将电能传输给储能与供电系统。发射任务的控制和管理由运行控制系统实现。磁悬浮轨道为直线倾斜轨道，借助月球表面山丘坡度进行建造，由多个支架进行支撑。月球开发的矿产资源等货物置于通用化模块化设计的航天器中，航天器与轨道上的滑撬锁定。基于超导磁悬浮技术，滑撬及航天器利用电磁力抵消重力，实现稳定悬浮与控制，利用直线电机的驱动实现沿着轨道方向的加速。滑撬及航天器加速至一定速度后，航天器与滑撬解锁分离并进入空间，滑撬在轨道上进行减速后返回初始位置，准备下一次发射任务。
[0033]
如图3所示，所述的核电源为基于小型核反应堆的发电装置，包含反应堆、屏蔽体、热电转换、辐射散热模块，反应堆置于月壤中，通过屏蔽体和月壤进行辐射防护，确保附近设施/设备的辐射剂量在一定阈值内。热电转换模块用于将反应堆产生的热能转换为电能，辐射散热模块采用多片散热板形式布置，排散无法利用的多余废热。


技术特征：
1.一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其特征在于，包括：核电源发电系统、电能储供系统、运行控制系统、磁悬浮与驱动系统、磁悬浮轨道、航天器；所述核电源发电系统用于将反应堆热能转换为电能，为电磁发射系统提供所需的初始电能；所述电能储供系统用于接收由核电源发电系统传输而来的电能并进行存储，需要用电时为发射系统供电；所述运行控制系统用于对整个电磁发射系统进行启停和运行过程中的控制，确保发射任务按要求实施；所述磁悬浮与驱动系统用于承载、固定航天器，为其提供驱动动力，为航天器提供发射所需速度；所述磁悬浮轨道用于支撑磁悬浮驱动系统，实现航天器沿一定方向和角度的加速与起飞；所述航天器用于承载月球矿产资源货物进入空间。2.如权利要求1所述的一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其特征在于，所述核电源系统布置于远离电磁发射场的月球表面，通过电缆与发射场的电能储供系统进行连接。3.如权利要求2所述的一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其特征在于，所述核电源系统包含：反应堆、辐射屏蔽、热电转换、辐射散热模块，反应堆与辐射屏蔽埋入月壤中，热电转换与辐射散热置于月壤之上。4.如权利要求1所述的一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其特征在于，所述核电源系统对周边设备设施的辐射剂量应小于一定阈值。5.如权利要求1所述的一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其特征在于，所述电能储供系统采用机械或电磁储能技术，对电能进行存储和管理，执行发射任务时，进行变换和调节后提供给磁悬浮与驱动系统。6.如权利要求1所述的一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其特征在于，所述磁悬浮与驱动系统采用超导磁悬浮和直线电机驱动技术，包含：电机定子、电机动子、永磁体、支撑滑撬。7.如权利要求6所述的一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其特征在于，所述支撑滑撬用于与航天器锁定连接，实现与航天器的同步加速，在航天器达到所需速度时与其解锁分离。8.如权利要求1所述的一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其特征在于，所述磁悬浮轨道用于对支撑滑撬进行加速和减速，为倾斜直线轨道，通过支架支撑并沿着月球表面山丘布置，形成一定的发射角度。9.如权利要求1所述的一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，其特征在于，所述航天器利用通用化接口与支撑滑撬锁定连接，在达到所需速度后与其解锁分离，用于承载月球资源实现货物运输。

技术总结
本发明公开了一种基于核电源供电的月面电磁发射系统，包括：核电源发电系统、电能储供系统、运行控制系统、磁悬浮与驱动系统、磁悬浮轨道、航天器；核电源发电系统用于将反应堆热能转换为电能，为电磁发射系统提供所需的初始电能；电能储供系统用于接收由核电源发电系统传输而来的电能并进行存储，需要用电时为发射系统供电；运行控制系统用于对整个电磁发射系统进行启停和运行过程中的控制，确保发射任务按要求实施；磁悬浮与驱动系统用于承载、固定航天器，为其提供驱动动力，为航天器提供发射所需速度；磁悬浮轨道用于支撑磁悬浮驱动系统，实现航天器沿一定方向和角度的加速与起飞；航天器用于承载月球矿产资源货物进入空间。间。间。


技术研发人员：夏陈超 苟永杰 蒋锋 卫国宁 王泽斌 康志宇 杨东春
受保护的技术使用者：上海宇航系统工程研究所
技术研发日：2022.09.07
技术公布日：2023/6/3