随着深空探测的进一步发展,空间核动力装置与化学能、太阳能动力装置相比,具有功率大、效率高、寿命长的明显优势,将成为最具发展潜力的空间电源系统。空间热电转化技术通常分为静态与动态,目前,研究热点逐渐转向效率更高、运行更可靠的动态转换技术。在动态热电转化技术中,主要采用布雷顿循环、斯特林循环和朗肯循环热电转换技术。本文主要针对应用广泛、技术相对成熟的空间布雷顿循环系统进行研究,建立千瓦级理想回热式空间布雷顿循环模型和兆瓦级超临界二氧化碳（SCO₂）空间再压缩布雷顿循环模型,对这两个系统进行特性分析,并利用遗传算法进行多目标优化,得到帕累托最优边界曲线。在千瓦级理想回热式空间布雷顿循环中,以浸没式亚临界空间堆为原型建立模型,探究回热度、工质（氦和二氧化碳）、外部条件对循环效率和循环功的影响,在此基础上利用遗传算法进行双目标优化,求得优化解。最优解效率η_opt为0.319,循环功W_opt为1.2512×10⁶W,此时散热器温度T_1,opt为400.25K,堆芯出口温度T_3,opt为1000K,回热度f_opt为0.5,循环增压比π_opt为2。在兆瓦级SCO₂空间再压缩布雷顿循环中,利用PR方程对临界状态下的实际CO₂进行物性修正,考虑到空间环境的特殊性,建立了回热器热导模型和平均化发电成本模型（LEC）。在不同运行工况下,对系统进行了特性分析。在此基础上,利用响应曲面法（RSM）得到循环热效率、?效率、回热器热导、散热器面积、LEC与压缩机入口温度、透平入口温度、压缩机入口压力、循环压比、分流量之间的回归关系,再利用带精英策略的快速非支配排序算法（NSGA-II）对系统进行多组三目标优化,得到不同目标函数下的帕累托优化边界曲线和优化解集。综合考虑以循环热效率、散热器面积、LEC为优化目标时,最终求得的一组优化解为在主压缩机入口温度T₁=325K,透平入口温度T₅=880K,循环压比π=3.3,压缩机入口压力P=7.44MPa,分流量x=0.286时,循环热效率η=0.264,散热器面积A=1463.48m²,LEC=0.0417$/kWh。