趕超美俄!中國研製出首款牛級「電火箭」,衛星機動能力獲得突破

2020-12-22 前沿崗哨

在人類利用和探索太空的過程中,霍爾推力器被公認是衛星調整姿態首選推進裝備,而電推進系統本身又是火箭的一種,有一個通俗的名字叫「電火箭 」。與通過燃燒化學推進劑燃料獲得動能的火箭不同,霍爾推力器通過將電子約束在磁場中,並利用加速陽離子來獲得推力,擁有結構簡單、高比衝、高效率等優點,這項技術一直是美國、俄羅斯和歐洲航天技術的優勢所在。1月17日,航天科技集團通過官方微博發布的消息稱,中國已經研製出了首款牛級霍爾推力器,實現了霍爾電推力器從毫牛級向牛級的重大跨越。

據悉,由航天科技集團六院研製的中國首款20千瓦大功率霍爾推力器圓滿完成了點火試驗,點火累計時長達8個小時,點火次數超過了30次。該推力器的實測推力1牛,比衝達3068秒,效率大於70%,性能指標達到了國際先進水平。

據介紹,中國在這款牛級推力霍爾推器的設計中採用了空心陰級中置、磁屏蔽長壽命等新技術,推進器具有推力大、比衝高、可靠性高和工作壽命長的優點。未來可以廣泛應用於大型地球靜止軌道衛星、深空探測器、大型全電推進平臺、地球軌道空間運輸平臺和太空擺渡車等平臺,成為理想的動力。

霍爾推力器與傳統的化學火箭相比在能源消息量方面差距很大,同樣的宇航任務,使用霍爾推器器需要消耗的推進劑只有化學火箭的1/10。第二個優勢是可以通過太陽能帆板獲得取之不盡的能源,目前各國發展的「電火箭」主要還是利用太陽能,也可以叫「太陽能電火箭」。當然,如果要獲得推力更大的霍爾推器,最好的選擇還是使用推進劑,常用的推進劑包括氫、氮、氬等,最理想化的是通過可控核聚變來給太空飛行器提供能源,然後再利用霍爾推力器來實際星際航行。

中國航天人多年來一直在霍爾推力器方面加強攻關。早在2016年,中國航天科技集團五院502所就研製出了首個磁聚集霍爾推進器。相較美俄同類產品,在比衝、效率等性能指標方面提升了20%以上。此次中國實現電火箭推力實現牛級的突破,進一步完成了對美俄歐在技術上的趕超,並為未來發展更大推力的電火箭打下了基礎。

目前電火箭最大的缺點就是推力過小,因此只能使用化學火箭把太空飛行器從地面發射到太空。然後再利用電火箭實現太空飛行器的姿態控制、位置保持、變軌和星際航行等任務。隨著中國電火箭技術的進步,未來發展高軌道通信衛星的重量就可以大大下降,原來一顆5噸重的高軌衛星其中3噸是化學燃料,使用電火箭推動可以讓衛星減量2.5噸。當然,如果使用同樣多的化學燃料,使用電火箭的高軌道衛星的機動能力將會獲得大大提升。

中國更長遠的規劃是開發地月空間的經濟,需要研製地球軌道空間運輸平臺和太空擺渡車,同樣也離不開電火箭技術的進步。

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