在概要介绍空间核动力发展历程的基础上，总结了同位素热/电源、核反应堆电源、核推进在深空探测领域的应用情况和相关发展情况，并讨论了空间核动力的安全问题。对未来空间核动力在深空探测中应用面临的技术问题进行了展望。

深空探测中，由于无法使用太阳能或者太阳能的利用效率太低，需要使用空间核电源。当前用于月球表面、火星表面、木星及以远的飞行任务中的核动力深空探测器，均利用的同位素核源衰变能，包括同位素热源用于温度控制和采用温差发电用于供电。研究中的深空探测核动力应用包括月球基地、载人火星飞行、无人探测、使用核反应堆裂变能等。空间裂变电源的反应堆包括液态金属冷却堆和气冷堆两种方式，前者支持温差、斯特林和布雷顿发电，后者支持布雷顿和磁流体发电。近期开始探索研究核聚变深空探测器。纵观核动力深空探测器的发展历程，同位素电源依然在深空探测中发挥着重要作用，大功率空间核电源结合电推进将成为未来深空探测的重要关注方向。

核热推进具有比冲高、推力大，及工作时间长等特点，在载人深空探测、大型星际货物运输等方面有广阔的应用前景。介绍了美国和俄罗斯/前苏联的核热推进技术研发历程和技术发展状态，归纳总结了发展过程中呈现出的推力水平中等化、堆芯构成模块化、燃料元件高性能化、试验手段非核化和多功能模式化的发展趋势，并初步分析了核热推进研发过程中所涉及的反应堆设计技术、核安全防护设计技术、燃料芯块制备技术、燃料元件成型技术、排气处理技术，及发动机启动技术等关键技术。最后对我国核热推进技术发展提出了核与航天部门合作研发、借鉴美俄经验教训、及早并持续开展研究的发展建议。

空间核反应堆电源具有环境适应性好、功率覆盖范围广、结构紧凑以及大功率条件下质量功率比小等突出优点，在军民航天任务中具有广阔的应用前景，是改变未来航天动力格局的颠覆性技术之一。对空间核反应堆电源的原理、特点、适用范围、应用前景、历史发展情况及现状、典型方案、应用安全等进行了系统介绍，对技术发展趋势进行了分析总结，并就我国该技术发展给出一些见解。

研制核动力航天器是最有希望实现更远深空探测的可靠技术途径。针对目前国内在核动力航天器总体设计方面存在研制规范欠缺、研制经验空白的形势，借鉴国外研制核动力航天器的成功经验，结合现有标准规范、一般航天器总体设计方法，提出了研制核动力航天器时，对工程总体、航天器总体进行设计的要点。特别是，针对空间核动力源及其安全防护，从核动力源设计、核安全设计两个方面，提出了关注要点和解决措施。本文的研究工作可以用于指导空间核动力航天器的研发和应用。

同位素热/电源以及空间核反应堆在深空探测任务中有重要应用。通过调研其技术特点以及国际上针对核能空间应用安全性的相关规范，研究了其空间安全性规范的法律法规。以ALRH（Apollo Lunar Radiosotope Heater，阿波罗月球任务同位素热源）、GPHS（General Purpose Heater Source，通用型热源）、LWRHU（Lighted Weighted Radiosotope Heater Unit，轻量放射性同位素热源）、MMRTG（Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator，多任务型放射性同位素电源）等同位素热/电源及俄罗斯热离子空间反应堆电源（TOPAZ-II型号）为例，结合美俄开展的同位素热/电源的系列安全性试验，重点关注了不同型号的试验及分析技术细节，并分析了同位素热/电源的空间应用安全评价方法，可为开展相关研发提供技术参考。

为了考察深空探测器同位素热源模拟样品在高温-冲击复合环境下的环境可靠性，研制了一套高温-冲击复合环境试验装置。该装置由温度加载系统、冲击试验系统、带有热防护功能的夹具和控制系统等组成。该装置可完成室温约500 ℃热载荷加载。利用该试验装置对同位素热源模拟样品进行了500 ℃、5 000次的高温-冲击复合环境试验考核，获得了产品温升响应曲线、冲击波形图等相关试验信息。试验结果表明该试验装置能够进行高温-冲击复合环境试验。