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儘管各國對空間核能利用躍躍欲試，但專家提醒，空間核反應堆帶來的大問題體現在核反應、核輻射對航天器啟動、調控、剎車等方面的影響。尤其對於未來的核動力飛船而言，需要解決核反應堆的設計、製造、控制、冷卻、輻射屏蔽、排氣污染、高效率熱電轉換等一系列技術難題。
《瞭望東方周刊》報道說，核反應堆產生的輻射對宇航員的健康會構成很大威脅，這就需要飛船必須對核輻射進行屏蔽保護，確保宇航員和船載貨物不受輻射以及來自反應堆高熱的影響，但這樣將大大增加探測器的重量。
陳達說，空間核應用過程中，核反應衰變不存在問題，但在真空、超低溫的環境下，對核反應材料、能量輸送材料有很高的要求。他說：「太空中核動力應用比地面上複雜很多，問題是多方面的，主要包括材料問題、技術問題、轉換方式問題、新的組建的問題等。具體表現在比如怎樣把核能轉換為電能。」
難題一：太空散熱冷卻
孫澤洲則認為，從實際應用來講，核能的效率、核能的散熱等方面會有很大挑戰。在地面上核反應冷卻較為容易解決，空間核反應堆面臨現實的散熱冷卻難題。
在繞月探測工程、「嫦娥一號」系統總指揮兼總設計、中國工程院院士葉培建看來，空間核動力的研發和使用有很多困難。
難題二：如何獲取核動力
「地面上使用核能，可以不考慮體積、能耗，冷卻也比較好辦。太空中各種條件都受限制，因此，把核能用到太空中，必須克服空間所帶來的一些問題，比如核元素的體積、功耗等方面。要找出和地面上不同的獲取核動力的方法。」葉培建稱，中國空間技術研究院的相關課題組正在研究這方面的問題。
難題三：研製核動力發動機
導彈總體設計專家、中科院院士劉寶鏞對《瞭望東方周刊》稱，空間核動力應用「難度在於把核動力發動機研製出來」。
無論如何，葉培建認為，空間核動力應用是中國人必須要做的研究方向。「首先，未來更深層次的深空探測，太陽起不到作用，要靠核動力；第二，近地軌道發射大功率火箭還是要靠核動力。」
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