概述
人造地球卫星和宇宙飞船都需要使用长期、可靠性高的电源。然而通常的化学电池重量大、使用期短，不能适应卫星、飞船工作。因此，在卫星、飞船中多数采用太阳能电池和蓄电池联合供电。但是，太阳能电池在离太阳太近或较远外，都不能适用。即使是太阳系内，据推算，海王星所接受到的太阳能，单位面积功率还不到地球上的1/900，无法利用。另外在需要供电功率较大时，太阳能设备体积和重量也很大，不适用于空间设备。
随着空间技术的发展，60年代开始研究适用于卫星、飞船上的核能电源。它是将核能转换成电能并供给航天器或电推力火箭使用的设备和系统。图为空间核电源的热电转换方式。
空间核电力装置可以分为放射性同位素衰变热转化成电的小型核电池和将核反应堆裂变的热量直接转化成电的小型核动力装置两类。
技术原理
a) 核电池
核电池是利用放射性同位素的射线被物质吸收产生热能，并通过热－电转换设备获得电力。核电池采用的放射性同位素来主要有锶－90（Sr－90，半衰期为28年）、钚－238（Pu－238，半衰期89.6年）、钋－210（Po-210半衰期为138.4天）等长半衰期的同位素。将它制成圆柱形电池。燃料放在电池中心，周围用热电元件包覆，放射性同位素发射高能量的α射线，在热电元件中将热量转化成电流。这种电池尺寸小，重量轻，它可适用于卫星、宇宙飞船上供电。但由于这些放射性同位素不存在自然界中，均由核电反应堆内生产，功率不可能很大，核电池的功率水平一般在1千瓦左右，使用寿期由几个月到几年。目前核电池已应用在地球轨道的卫星上。
b) 空间核电站
随着空间技术的发展，长期载人的大型宇宙飞船和宇宙空间站，需要功率在几千瓦以上的电源；大型通讯卫星也需要功率较大的电源。而且根据空间使用的特殊要求：电源设备重量要轻、寿命要长、体积要小、功率要大。为此国际空间核动力研究，一种是集热源、热电转换排热于一体的核电力装置。另一种的微型的核发电装置。
微型核发电装置，其反应堆采用高浓度的铀燃料与氢化锆慢化剂均匀混合的热中子反应堆，反应堆产生的热量由液体金属钠－钾合金带出，钠－钾冷却剂带出热量在热电转换放热器中转换成电能。这种方式转换效率高，但由于在空间长期调整旋转；无重力汽－液两相分离和材料、耐高温等问题，难以解决，因而目前尚未实际应用。
在最新空间核反应堆技术中，将铀燃料元件制成象二极管一样，用核燃料与金属钨片制作成阴极，金属铌做成阳极，抽真空后，再装入铯蒸汽，使电子容易由阴极飞出。这种装置称为热离子发射转换堆。（见附图空间热离子核反应堆）。反应堆中裂变产生热量，将钨加热到1300－2000℃的高温，钨便发射出大量电子，通过二极管和外电路形成电流。用这种反应堆发电不需要运动部件，整个装置可以做得小而轻，目前功率可以达到10千瓦以上，进一步改进功率可达1000千瓦。将应用于大型通讯卫星和星际航行的宇宙飞船的主要电源。
c) 火箭核推进发动机
利用核能作为航天器推进初级能源的核动力装置可以分为核热火箭发动机和核电火箭发动机两类。
核热火箭发动机系统是利用核能加热工质产生推力的火箭发动机系统。它的工作原理与化学火箭发动机相似，只是加热能源不同。核热火箭发动机的比冲高，寿命长，但技术复杂，适用于长期工作的航天器。利用核裂变反应堆的核火箭发动机系统，工质一般为氢气，被反应堆加热后调整喷出，产生推力。反应堆用固体燃料时，工质喷射速度可达到8－12km/s。用液体和气体核燃料时事提高工质温度，使工质喷射速度达到15－20km/s。图为固体堆芯核热火箭发动机系统。
核电火箭发动机系统是将核反应堆裂变或裂变能首先转换为电能，为电火箭供电，然后由电火箭产生推力的推进系统。电火箭可以是电热火箭发动机、静电火箭发动机（离子火箭发动机）和电磁流体发动机。俄罗斯和美国都在开发发电和推进两用的空间核反应堆动力系统，推进部分同核热火箭发动机系统，但加入发电元件。这样的空间核反应堆动力系统，既有核热火箭发动机系统的功能，又有空间核反应堆电源的功能。图为典型的以热离子元件为发电元件的发电推进两用空间核反应堆动力系统。
