電推進應用｜應用於微納衛星的小功率等離子體推進系統比較分析
2020-07-15 航天星世紀隨著技術的發展，結合高集成化、一體化、模塊化和功能軟體化的設計理念，以往需要大型衛星完成的一些任務，如遙感、科學實驗和技術驗證，已經能夠通過低成本、短周期、高性能的微納衛星完成，大幅提高了「功能密度」，在這樣的大背景下，商業航天迎來了前所未有的發展機遇，根據俄羅斯Avant Space的調研結果，2016年~2025年，航天市場有望達到$16.5B[]。雖然前景誘人，但是其發展受到了動力系統的制約。
根據微小衛星的定義，廣義小衛星質量定義為500kg以下，狹義小衛星質量定義為100kg~500kg，低於該質量的為微納衛星，10kg量級的立方星目前已經得到了廣泛的應用。雖然微小衛星發展勢頭良好，但由於其體積小、質量輕，星上功率非常有限，對星上動力系統提出了嚴峻的挑戰。
由於小衛星低成本、短周期的特點，以往沒有監管壓力時，部分衛星在沒有攜帶任何離軌裝置也可入軌，這往往會成為太空垃圾。隨著監管政策的出臺，微小衛星，包括立方星，都強制要求安裝離軌裝置才可入軌，部分軌道甚至要求衛星具備主動變軌能力，離軌帆此類被動的裝置將被排除，因此為了適應發展要求，迫切需要發展適用於微小衛星的主動變軌系統。
目前，可應用於微小衛星的主變軌裝置包括傳統的化學動力推進系統以及等離子體推進系統，其中化學推進系統可細分為單組元推進系統，雙組元推進系統以及冷氣。單雙組元推進系統一般含有毒性，其特點是推力大，牛頓級別的推力，比衝可達300s左右，冷氣推進系統推力小，亞牛頓級別，比衝不超過100s。等離子體推進系統，除了與化學推進系統接近的電熱型推力器，目前常見的有霍爾推力器、離子推力器，場發射推力器，微陰極電弧推力器和脈衝等離子體推力器。等離子體推力器最大的特點在於工質首先在電磁場的約束下被電離，然後在電磁場作用下加速噴出產生推力，比衝一般可達1000s量級，個別類型可超過4000s，明顯優於化學推進系統，即使應用於微小衛星，會因為系統乾重導致推進系統的有效比衝降低，但是通過選擇合適的等離子體推進類型，在大批量應用時，質量成本依舊可得到可觀的縮減。
本文將以功率為主線，通過推力、比衝、總衝（壽命）、體積等多維角度簡單分析一下國內外常用的幾類等離子體推進系統，並嘗試給出他們的適用範圍。
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電推進應用｜法國Thrustme推進公司的NPT30
很多業內夥伴都會諮詢我國內有沒有成熟的微納衛星電推進解決方案，或者國外的代理商。總體而言，目前國內適用於微納衛星的電推進解決方案正在加速推進中，估計不久會有國產化的微納推進系統，國外有的公司有比較成熟的解決方案，且國內有相關的合作單位，比如現天圓光電代理了法國Comat公司的VAT。 -
我國自研「小功率霍爾電推進系統」首次成功在軌應用於商業衛星
電推進系統，也稱電火箭發動機，是一種不依賴化學燃燒就能產生推力的設備。它的優點是不再需要使用固體或液體燃料，省去了複雜的儲罐、管道、發動機燃燒室、噴管、相應冷卻機構等，能大幅減少太空飛行器的燃料攜帶量。電推進系統利用太陽能轉化為電能，然後電能轉化為機械能。 -
首套小功率霍爾電推進系統在軌測試成功,「間諜衛星」或可應用
據科技日報6月21日報導，近日在北京銀河航天科技有限公司的首發星上，我國航天科技五院502所自主研發的國內首套小功率霍爾電推進系統在軌點火成功。這標誌了我國首次實現了小功率霍爾電推進系統的在軌應用。可能很多人還不了解這個霍爾電推進系統到底有什麼用。其實目前的主要的用途呢就是讓近地軌道的衛星別掉下來，對於高軌衛星就是校軌用的。我們大部分衛星都在幾乎絕對真空的環境永遠也不會掉下來。但是一些衛星由於其功能需要看得清楚，例如間諜衛星、測量衛星等必須在200km的高度待著。 -
中國電推進技術發展及展望
本文通過對比國內外電推進技術的發展情況，對國內電推進技術的重點發展方向提出了建議。本文從原理研究到試驗研究的發展歷程以及應用現狀等不同的視角出發，比較了國內外電推進技術的發展現狀；分析了不同空間任務對電推進技術的需求；根據國內電推進的發展與應用現狀,對國內電推進技術發展方向提出了建議，並對國內電推進的發展做出了展望。 -
我國首套小功率霍爾電推進系統完成在軌測試
記者21日從中國航天科技集團五院502所獲悉，該所自主研發的國內首套小功率霍爾電推進系統，近日在銀河航天（北京）科技有限公司首發星上在軌點火成功，標誌著我國首次實現小功率霍爾電推進系統的在軌應用。 -
我首套小功率霍爾電推進系統完成在軌測試
科技日報記者付毅飛 記者21日從中國航天科技集團五院502所獲悉，該所自主研發的國內首套小功率霍爾電推進系統，近日在銀河航天（北京）科技有限公司首發星上在軌點火成功，標誌著我國首次實現小功率霍爾電推進系統的在軌應用。 銀河航天首發星於今年1月16日發射，其配備的小功率霍爾電推進系統，額定功率215瓦，額定推力10毫牛。 -
我首套小功率霍爾電推進系統完成在軌測試
本文轉自【科技日報】；記者21日從中國航天科技集團五院502所獲悉，該所自主研發的國內首套小功率霍爾電推進系統，近日在銀河航天（北京）科技有限公司首發星上在軌點火成功，標誌著我國首次實現小功率霍爾電推進系統的在軌應用。 -
宇航推進-電推進（一）
目前的發射成本大於1萬美元/kg，以2~4噸的通信衛星為例，其一半以上為推進劑和推進系統的質量，這不僅導致衛星的成本異常之高，同時還嚴重了影響有效載荷。 那麼，如何提高推力器的比衝呢？答案是電推進系統（Electric Propulsion System），核心是其中的電推力器（Electric Thruster）。 -
我國首套小功率霍爾電推進系統完成在軌測試,適用於小衛星
IT之家6月22日消息 根據銀河航天的消息，6月15日，銀河航天首發星電推進首次點火成功，截至2020年6月17日，首發星電推進共計點火8次，均圓滿成功，陽極放電電流運行平穩，累積點火時長超過10000秒，標誌著我國低軌小衛星首次成功實現電推進系統的在軌應用。 -
雷射等離子體微推進技術研究進展
許多商業、科學團體現在都轉向了微衛星和納衛星星座概念的研究——使用先進技術把大量小衛星聯網來代替昂貴、龐大的衛星， 如圖1 所示。許多實例證明， 由於其分布特性， 這些星座能夠完成單個大型太空飛行器所不能完成的任務。 為了構建微衛星星座， 需要對微小衛星進行精確的變軌和調姿控制， 這就對推進器提出了比較高的要求。 1) 推進器本身重量要比較小。 -
新型等離子體推進器只靠空氣與電力,效率媲美噴射發動機
為了減少地球交通工具對化石燃料的依賴，我們陸續開發出以電池作為動力源的油電混合車、電動車等，而除了電池，離子推進器其實也是種替代性動力源，只不過目前多應用在太空飛行器。已知 ESA 的水星探測器貝皮科倫坡號（BepiColombo）、Ad Astra 的 VASIMIR 等離子引擎、NASA 的 NEXT 離子推進器、NASA 深空 1 號的 NSTAR 離子推力器、曙光號（Dawn）小行星探測器等，都是應用這類型推進器作為推進系統的著名例子，它們使用氙為推進劑，先將氣體電離、然後再用電場力將帶電的離子加速後噴出。 -
離子推進系統電源研究
摘要：離子推進電源處理單元(PPU)是組成離子電推進系統的關鍵設備之一。本文以某離子電推進系統配置的電源處理單元為例，針對多路組合、輸出功率大、電壓高及時序控制等電源特點，採用不同的電源變換拓撲方案，來實現複雜電源功能。並通過實際電路驗證和檢測，研究結果滿足了設計指標要求。 -
電推進技術有望率先應用於短途飛行
隨著電推進技術的發展，電動飛機成為航空業的新興市場。在目前的技術條件下，電推進技術有望率先應用於短程航線，從而改善飛機的能量消耗情況並降低碳排放量。 -
航天科技集團成功研製我國首套磁聚焦霍爾電推進系統
近日，中國航天科技集團公司五院502所研製的某衛星磁聚焦霍爾電推進系統順利完成交付，其性能指標滿足總體要求，標誌著我國首個磁聚焦霍爾電推進系統研製成功。該套磁聚焦霍爾電推進系統採用新一代霍爾電推進技術，代表著國際上目前的主流發展方向，可廣泛應用於我國新一代通信、全電推進等衛星平臺。 -
中國電推進系統交付 將進行世界首次衛星驗證
資料圖：100型磁聚焦霍爾推力器原標題：中國電推進系統交付 將進行世界首次衛星驗證《科技日報》1月10報導，當天，中國航天科技集團公司五院表示，該院502所研製的某衛星磁聚焦霍爾電推進系統，近日順利完成交付，其性能指標滿足總體要求，將實現電推進系統在高軌衛星上的世界首次飛行驗證。 -
微納衛星有大本領
微納衛星如此「輕盈」，得益於新技術、新器件、新工藝、新材料在航天領域的不斷發展和逐步應用。 優點多多 微納衛星雖然體積小，但是本領可不小。「一顆約100公斤的微納衛星能幹以往300到500公斤傳統衛星幹的活兒。」 -
太空飛行器電推進系統技術獲進展
試驗過程中，推進器點火可靠，運行平穩，工作參數穩定，實測推力1牛，性能指標達到國際先進水平。當前，各國太空飛行器上主要採用化學推進系統。化學推進系統技術成熟、應用廣泛，幾乎佔太空飛行器推進系統總量的90%以上。不過，由於化學推進劑的能量密度低，使得推進系統需要攜帶大量推進劑才能滿足發射要求,導致火箭體積龐大，發射成本高昂。 -
科幻——電推進(一)
上圖即為比較結果，由圖可以發現二者之間存在巨大的差別。尤其是最後的星際探測，存在近10倍的差距。當然，電推力器也有其局限性。首先是電推力器的推力特別小，500W-10kW的霍爾推力器，推力在10mN~3N，什麼概念呢，一張A4紙質量約等於4g，也就是40mN的重量（注意是重量不是質量哦）。 -
磁聚焦霍爾電推進系統完成交付
原標題：磁聚焦霍爾電推進系統完成交付 科技日報北京1月10日電 （記者付毅飛）記者10日從中國航天科技集團公司五院獲悉，該院502所研製的某衛星磁聚焦霍爾電推進系統，近日順利完成交付，其性能指標滿足總體要求，將實現電推進系統在高軌衛星上的首次飛行驗證。 -
宇航推進-電推進（三）：電磁場作用下的等離子體運動
把等離子體當作獨立粒子系統，根據牛頓運動方程來確定單個粒子在電磁場中的運動軌道，這裡完全忽略粒子之間的相互作用以及粒子本身對電磁場的貢獻，最適合描述稀薄氣體等離子體，而電推力器這種動力裝置正是稀薄等離子體，可以採用這種方法近似研究其物理規律。 這種方法的優點是利於分析單個粒子在電磁場中的物理效應，但無法體現出集體效應。