离子推进将改变我国航天器的飞行方式 带你了解实践卫星上的黑科技

“离子推进”似乎是航天界非常高大上的话题,与我国卫星现用的化学燃料推进器相比,具有质量轻、体积小、可长时间运行、高比冲、无毒无污染等优点。尽管离子推进器目前的推力较低,最大也只有几牛顿的推力,但可以依靠其长时间工作,对卫星或其他航天器进行轨道保持、方向调整、甚至是变轨等都有着重要的意义。我国离子推进起步较晚但进步显著,部分电推进器已经达到了领先水平,让我们就从实践17号卫星携带的LHT-100型霍尔推进器说起吧。

我国LHT-100霍尔电推进器

离子推进器有多种设计方式,其中“霍尔效应推进器(HET)”是比较常见的一种,主要让推进剂(氙、氪等)通过电磁场来获得加速,一般情况下可以将推进剂加速到10至80公里的速度。之前谈到“霍尔电推”一般会让我们联想到美国、俄罗斯等领先的机构,但根据最新发表的论文显示,我国在2016年发射的“实践17号”卫星上,就部署了一台0.08牛顿量级的LHT-100霍尔电推进器。目前该型霍尔电推进器已经顺利完成了推力标定,并成功开关机24次,累计点火3028分钟,单次最长点火8小时,在轨飞行试验圆满成功。

霍尔电推进器点火试验

记得前一阵子还一直有报道称,实践17号卫星尽管运行在3.6万公里的静止轨道上,但它的位置似乎飘忽不定,每隔一段时间都会游弋到其他的卫星附近。由于实践17号上安装了可以捕捉卫星的小型抓手(机械臂),还一度被怀疑要抓取卫星。现在看,这种缓慢的漂移似乎就跟星载的LHT-100型霍尔电推进器有关,尽管它的推力非常小,但在高轨道地区几乎没有大气,哪怕再小的作用力只要持续推进,航天器都会不断加速,用在数吨重的航天器上绰绰有余。

实践17号上携带的霍尔电推是我国首款功率达到千瓦级的离子推进器,经试验标定的功率约为1527瓦,比冲达到1531秒,推力80毫牛。这一数据基本达到了国际同量级产品的一致水平。但千瓦级的电推还只是开始,我国5千瓦级的电推进器“LIPS-300”已经摩拳擦掌准备一展身手了。据悉LIPS-300型电推进器最大推力可达324毫牛(0.324牛),比冲可达3167秒,完全满足我国未来基于东5平台研发的大型通信卫星使用。

美国月球轨道站将用电推进器

其实5千瓦级别的LIPS-300型电推进器早在2017年就安装在了“实践18号”通信卫星(我国首颗基于东五平台的卫星)上,可惜由于当时的大火箭遥2任务失利,导致卫星丢失,该电推进器未能进行在轨测试,但地面测试早已完成,工作效率高达62%,各项参数达到了国际同等水平。好消息就是今年年底发射的“实践20号”通信卫星上再次安装了LIPS-300型电推进器,将进一步在轨试验并完成标定,预计该型电推将会变成东五平台的标配

刚才提到的几款电推产品都属于中小型推进器,国际上已经开发出50千瓦甚至100千瓦的大功率电推产品,我们当然也不甘落后。目前我国已经完成了30千瓦级霍尔电推进器的方案设计与优化,50千瓦级的方案设计也已展开。面向未来登陆火星和深空探索,我国也正在探索基于核动力的200千瓦及以上级别的超大型推进器,并取得了一定的成果。

离子推进将让卫星运作更高效

有人说,按照小编介绍的参数,20千瓦功率的电推进器输出的推力也不过才1牛顿,在太空中真的管用吗?刚才在上文中小编已经介绍了,几乎没有空气的高轨道和深空中只要有一点力也可以让航天器产生速度。因此8吨重的东5平台卫星只需要配备5千瓦级的电推,中国空间站轨道保持只需要安装30千瓦级的电推,而深空探测使用200千瓦的电推进器也就完全满足需要了

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