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不消耗化学燃料的磁聚焦霍尔电推进系统

发布时间:2016-01-12 20:13   浏览 3520 次

近日,中国空间技术研究院502所研制的某卫星磁聚焦霍尔电推进系统,顺利完成交付,其性能指标满足总体要求,将实现电推进系统在高轨卫星上的世界首次飞行验证。据了解,该系统采用了新一代霍尔电推进技术,代表着国际上目前的主流发展方向,可广泛应用于我国新一代通信、全电推进等卫星平台。那么,什么是电推进系统?它与目前的化学推进系统相比有哪些优势?

航天先驱提出电推设想

电推进系统,也称电火箭发动机,是一种不依赖化学燃烧就能产生推力的设备。它的优点是不再需要使用固体或液体燃料,省去了复杂的储罐、管道、发动机燃烧室、喷管、相应冷却机构等,能大幅减少航天器的燃料携带量。

虽然电火箭发动机听起来是一个充满科幻色彩的话题,但追本溯源,它已经有100多年的历史了。

早在1903年,俄罗斯著名科学家齐奥尔科夫斯基就发表了著名的论文《通过反作用设备实现宇宙飞行的研究》,该论文被视为现代宇宙探索事业的起点。当时的人们已经认识到,用克鲁克斯放电管可以把电子加速到很高的速度。到了1924年,他又在论文中指出:“电的力量是无限的,可以产生强有力的氦离子流,用于宇宙飞船。”科学巨匠的前瞻能力令人叹服,不过在这个问题上,齐奥尔科夫斯基慢了一步。

在大洋彼岸,还有一位火箭先驱,和齐奥尔科夫斯基相比,他是真正的科班出身,这就是美国人戈达德。1913年,戈达德制造出一台设备,可以产生“带电粒子”,并获得了专利。1917年,戈达德再次获得专利,这次他发明的东西称为“产生带电气体射流的方式方法”。此后,又有多位科学家对电火箭的原理和工程实现做了深入的研究。

术业有专攻 星际航行显优势

电火箭发动机的主要问题是推力太小。对于航天发射来说,目前还没有它的用武之地。但作为卫星、飞船、星际探测器的姿态、轨道控制的推力器,电火箭发动机的优势无可比拟。因此,航天界也从来没有忘记电火箭发动机,一直在设法让它实用化。

1964年7月20日,电火箭终于得到了一试身手的机会,美国国家航空航天局发射了名为“空间电火箭试验”的卫星,它被火箭发射到远地点4002公里的高度,然后启动了两台电火箭发动机。其中,第一台发动机采用了电子轰击原理产生离子流,工作了31分16秒,第二台发动机没能启动。4年之后,美国国家航空航天局又发射了“空间电火箭试验-II”卫星,进入了高1000公里的极轨道。两台电火箭发动机分别累计工作了2011小时和3781小时,重新启动300次。

目前,离子推进器已经在星际航行中证明了自己的性能与可靠性。例如,2003年5月9日,日本发射了“隼鸟号”小行星探测器。“隼鸟号”在两年多的飞行期间,一直使用氙离子发动机航行,直到2005年8月28日才接近小行星。“隼鸟号”的离子发动机已经累计工作了25800小时,产生了1400米/秒的速度增量,消耗氙气22公斤。在完成采样并回航时,“隼鸟号”的几个化学燃料姿态推力器全都发生了故障,只能依靠离子发动机。

降低发射成本值得期待

2015年,欧洲卫星公司的欧洲通信-115西B和亚洲广播卫星公司的ABS-3A卫星发射入轨。这两颗卫星都是美国波音公司研制的全电推进卫星,它们在702大型平台上全面改用了电推力器,因为取消了化学燃料和化学发动机,重量大幅度下降到原来的一半左右,这对国际通信卫星市场造成的冲击是相当大的,这意味着用户只花费过去一半的钱就能发射卫星。

经过几十年的发展,人们提出了多种电火箭原理,其中最注册送3金币捕鱼的是离子和等离子推力器,这也正是中国空间技术研究院510所研制的电推进系统采取的技术路线。此外,还有人提出过其他类型的电火箭,例如光子推进、质子真空等离子推进、电磁推进等。

未来,深空探测等空间活动将继续成为众多航天技术的推动力,为了完成现在和未来的空间任务,电推进系统将会不断地完善,并发挥其独特的优势。(常超)

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