Исследование и освоение космического пространства предполагает широкое применение ядерной энергии. Ядерные источники энергии могут быть использованы в ракетных силовых установках, в ракетных двигателях малой тяги, используемых для осуществления необходимых маневров летательного аппарата, а также в энергетических установках, используемых в качестве бортовых источников энергии.
Ракетные силовые установки, использующие ядерную энергию (ЯРД), позволяют применять в качестве рабочего тела жидкости с малой молекулярной массой и получить значительно больший удельный импульс, чем у перспективных ЖРД.
Ядерные энергетические установки обеспечивают электропитанием аппаратуру космического аппарата, работу систем управления и стабилизации, устройств обработки информации и передачи ее на Землю, систем жизнеобеспечения, работу двигателей и многих других устройств. Роль космических ядерных энергетических установок возрастает по мере увеличения потребной мощности на борту аппарата, а также продолжительности и дальности полета.
Благодаря бурному развитию ядерной энергетики в условиях энергетического кризиса встает вопрос об использовании ядерной энергии в авиационных силовых установках. Разнообразие применяемых в настоящее время схем авиационных силовых установок порождает возможное разнообразие авиационных ядерных силовых установок
Ядерными установками будем называть такие, в которых в качестве источника энергии используется ядерный реактор. Условно ядерные установки можно разделить на воздушно-реактивные (авиационные), ракетные силовые установки и энергетические установки. Возможные схемы ядерных силовых и энергетических установок приведены на рис. В.1. Тепловая энергия, выделяющаяся в процессе ядерной реакции, нагревает, в первую очередь, тепловыделяющие элементы реактора (ТВЭЛы), а затем сообщается рабочему телу двигателя либо при непосредственном контакте рабочего тела с ТВЭЛом, либо через промежуточный теплоноситель. В отличие от практически безынерционных процессов, протекающих в камере сгорания реактивного двигателя, работающего на химическом топливе, в ядерных установках изменение режима работы связано с изменением режима работы реактора, т. е. включает всю динамику физических процессов в реакторе и динамику теплопередачи. Таким образом, при рассмотрении ядерных установок как объектов регулирования возникают задачи изучения динамики газодинамических, гидравлических, механических процессов, изучения динамики нейтронно-физических процессов в реакторе и динамики теплопередачи.
