题目：基于电子源的放射性同位素空间应用的可行性研究

太空无疑是人类最后的边境，但其勘探并不是没有任何困难，因为它最大的障碍是缺乏可利用的能源。空间飞行器必须携带的推进剂和能量转换系统的效率限制了他们的最大工作范围。化学推进系统通过尽可能多地排放推进剂以达到稳定的地球轨道，而电推进系统的推力水平则是受其动力装置生产能力的限制。因此，很少能找到化学火箭持续燃烧时间超过几分钟，或者电推进系统的推力水平大于几牛顿。

常规的方法已被用来解决这一问题，目前为止，这个热门的短缺问题已通过提高推进系统的效率来解决，并选择最合适的动力装置通过结构优化设计来节约能源。由于通过进一步地大幅改进现有系统不太可能解决这一问题，因此应该寻求新的途径。

这种解决方案可以在使用放射性同位素中被发现，并可通过一种基于自适应原则的新方法来进行描述。它指出：“一个自适应的子系统是一个不需要系统内其他子系统来实现其目的的”。自适应的子系统非常具有价值，因为它不需要任何能量输入，甚至可以向其他子系统输出能量。一个子系统可以成为自适应系统存在两种不同方式。其一，它可以自然地履行其角色，而不需要任何能量输入系统；其二，它可以通过内部方法产生足够的能量来支撑其本身的运行。

自适应原则的应用导致了一种新的空间推进系统（放射微粒推进器）的发展，即放射性同位素离子推进器。米娜卡和卡比拉推进器都属于这种新型的空间推进系统，它们使用放射性同位素以一种新的方法克服了阻碍空间推进系统更好发展的能量匮乏问题。

米娜卡推进器是一种新奇的空间推进系统，它使用自供能放射性同位素推进单元(RPC)簇产生几微牛或几毫牛量级的推力。如果为每个RPC配备微型的朗缪尔探针可以实现精确且均匀的推力矢量。被约束于永磁体或静电场的等离子体、放射性同位素热电发生器(RTG)的电转换效率、电离度和放射性同位素密度等对米娜卡推进器的性能产生了巨大的影响。自适应原则被用来估计RTG的放射性同位素电子源与放射性同位素衰变热的功率。放射性同位素和电子减速过程会产生严重的辐射，并引起质量的大幅增加。米娜卡推进器的应用取决于放射性同位素的半衰期，短半衰期的放射性同位素适合用于自动转移运载器和地球观测卫星，而长半衰期的放射性同位素则适合用于通信卫星和空间探测器。这种推进器的优点在于其能量储蓄功能、可伸缩性和简洁性，但却比传统的离子推进器尺寸更大也更加危险。

本文还介绍了卡比拉阴极以及相应的推进器。卡比拉阴极是一种新型的空心阴极，使用放射性同位素热源代替传统的铠装加热，而实现热离子发射的性能与传统空心阴极类似。锶90、钚238和锔244被选为放射性同位素热源，而且热还原层也被用来获取精确的热离子排放。空心阴极功率装置的加热器供给被RTG供给方式取代，并且由于放射性同位素热源不能被切断而导致装置的操作模式也发生改变。这种空心阴极经过与两个离子推进装置对比，发现其总功率最大能节省3%。它的优势在于能量节约性能和可伸缩性，但却存在体积大、质量大和潜在危险等不足。卡比拉推进器是一种新型的等离子体火箭发动机，它采用一种放射性同位素加热的加热室取代了传统的燃烧室或催化床，其得到的比冲与传统的固体推进剂或双组元推进剂火箭发动机类似。锔244被选为它的放射性同位素热源，热还原层被用来获取精确的热离子排放。该火箭发动机和一个用于PleiadesHR1星座飞行器的1N肼推力器装置进行对比，选用氦作为推进剂，其最大的比冲和功率分别能够节省529s和32%。这种火箭发动机的优势在于能量节约性能、高比冲以及减少储量和再启动的同步性，然而与卡比拉推进器类似，非常的占体积且存在危险性。

本文介绍了基于电子源的放射性同位素在空间应用的可行性，并且给出了辐射推进器的发展状况。这打开了一个全新的、广阔的研究领域，还提出了许多的研究方向。后续的研究工作应该从根本上去验证辐射推进器作为空间推进的备选方案的可行性。