四十餘年的不懈努力,我國終於迎來自己的電離子推進發動機
發動機是工業皇冠上的明珠,也是國人心中常年的痛。以前我國由於基礎薄弱、資金缺乏、重視程度不夠,導致發動機行業長期落後於發達國家。2008年後,我國發動機開始進入爆發期,陸、海、空三軍開始全面裝備國產發動機。目前我國已在陸軍坦克用、海軍水面艦艇/常規潛艇用發動機上超過俄羅斯,在航空發動機上也處於緊跟的階段。而令我們驕傲的航天人,當然也不甘落後,我國衛星用的具有世界先進水平的LIPS-200電離子推進發動機,隨著實踐13號衛星的發射,也取得了成功。我國電離子推進系統實驗設備
我國電離子推進系統採用氙離子推力器,是把衛星太陽帆板轉化的電流升高到上千伏,將氙氣電離,然後將這些電離子通過加速柵極噴射而獲得推力,其燃料使用效能比常規發動機提高10倍。以前的衛星使用的是常規的化學燃料,燃料重量佔衛星重量比例很大,比如一顆5噸的通信衛星,其燃料重量就接近3噸;而如果使用電推進技術,只需300公斤就可以了。電推進系統可以大大減輕衛星重量和體積,提高定位精度,並延長工作壽命。如果以前的衛星發射平臺只能發射一顆通信衛星,則現在可以發射兩顆,一次發射可節省費用5000萬美元左右;而同樣體積下,則可以安裝更多的轉發器,大大提高經濟效益。
歐洲採用電推技術的SMART-1太空飛行器
可能有人要問了,既然這發動機這麼好,我國航空發動機可不可以用呢?目前是不可以的,因為推力太小了。航空發動機一般推力在5-25噸範圍,也就是50-250KN(千牛)範圍,而電推發動機的推力目前只有20-200mN,也就是不到1N。這種推力也就能託起幾張紙罷了。只所以能在衛星上使用,是因為太空為真空狀態,沒有阻力,可以通過不斷加速把速度提高到一個很高的狀態。我國目前使用的電推系統直徑200毫米,單臺推力40mN,比衝3000秒,壽命達10000-15000小時。
說起來,我國電推發動機起步並不算晚。1974年,我國提出研究電推進技術的構想;1978年,由航天510所研製的我國第一臺新型電離子推進發動機試驗機,獲得國家科技進步一等獎。但在隨後的20來年裡,因為缺乏項目的支持,該技術一直處於缺乏經費的狀態。這屬於時代的悲劇,很多時候無可奈何。與此有相似狀況甚至更慘的還有航空發動機、大型運輸機、核潛艇等著名的項目。但該所領導高瞻遠矚,相信這項技術會有廣闊的應用前景,所以節衣縮食擠出經費,保證了研究隊伍不散、研究項目不斷。時至今日,歷經43年,整整3代人,終於迎來了春天,結出了碩果。航天人是嚴謹的,與航空的太行發動機因試驗時間太短造成定型後出現大量問題不同,該所認為,航天是高投入、高風險的行業,所以他們要確保萬無一失。該所經理介紹,LIPS-200電離子推進發動機前後經歷了12000小時的試驗,於2012年在「實踐9號」上的第一次試飛中就取得了成功。
電推進技術無疑具有廣闊的前景,但由於目前推力小,單純依靠電推來實現軌道轉移需要時間較長,所以目前國際上主要採用混合動力技術,就是在進入軌道前用常規燃料發動機,保持軌道運行用電推發動機。我國實踐13號衛星使用的也是這種方式。但使用全電推無疑是未來的大趨勢,美國在2015年已經成功使用了全電推技術。我國的全電推技術也在快速發展中,將於2020年開始使用,其推力也將變得更大。
作者:晨曦尋夢