电推进系统：人类实现星际航行的利器
[size=13.3333px]图为“黎明号”探测器使用的离子推进器
近日，中国航天科技集团公司五院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，美国宇航局发射了名为“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，美国宇航局又发射了“ 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，其中最成功的是离子和等离子推力器，这也正是中国航天科技集团公司五院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。
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发表于 12-1-2016 05:42 PM
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