随着人类对太空探索的进步和深空探测的需求越来越高,传统的太阳能和化学能空间电源已经无法满足国内外大部分深空探测任务。本文针对地月货运任务要求,以“阿尔忒弥斯”计划为背景,展开了对MW级月球货运任务的空间核电推进系统的总体设计。研究内容主要分为四个部分:空间核反应堆堆芯设计、空间堆核电转换系统设计、空间堆管肋式辐射器设计、货运探月火箭推进器设计。在空间核反应堆堆芯设计部分,首先堆芯堆型选择快堆,利用MCNP对反应堆进行建模,分别计算了中子通量密度和有效增殖系数,最后结果表明设计的反应堆有效增殖系数,转鼓转动0度时,反应堆有效增殖因子最大为1.0214;转鼓转动180度时,反应堆有效增殖因子最小为0.9381;转动鼓在120度附近反应堆达到临界状态,临界值为1.002,符合反应堆安全性要求;冷却剂空泡系数变化合理;堆芯功率功率峰因子数值大小约为1.27,处于反应堆功率峰值因子安全性区域内;当转动鼓转动180度时,反应堆控制转股全控制时的反应性约为0.937,停堆深度小于0,有足够的停堆深度,满足反应堆安全性要求。在空间堆核电转换系统设计方面,本文选择静态热电转换方式进行研究,利用热离子热电转换系统和碱金属热电转换系统高低温热源的温度特性,提出了一种新型热离子-碱金属热电转换系统耦合模型,计算得到功函数在1e V和1.05e V附近系统总功率和总效率出现最大值,热流密度为2500A/m~2可以很好的保证系统效率,提升了静态热电转换系统效率约9%。在空间堆管肋式辐射器设计方面,本文建立了空间堆管肋式辐射散热器模型,引入了火积耗散理论和辐射热阻的概念,根据数值计算结果直观地分析判断了散热器的散热效率,得到了火积耗散、辐射热阻以及单元辐射肋片平均温差在不同辐射散热量下的变化曲线。此外,结合能量分析方法对管肋式辐射散热器进行了建模,采用遗传算法对散热器的结构参数进行了优化。通过遗传算法多次运算后,结果稳定在单辐射肋片长为0.315m,辐射肋片高度为0.58m,适应度函数值取得最小值,此时辐射器的散热特性达到最优,提高了散热性能。在货运探月火箭推进器设计方面,根据货运飞船核电推进系统设计航天任务,分别对电推进系统净重,推进器比冲,推力等进行设计,最后计算了电推进系统总输入功率600 k W,阶段消耗推进剂的质量为18.3 t,总转移时间206.3 d,其中自由飞行段为1 d时间,没有燃料消耗,可以完成预设的任务目标。