原標題：有了它，不消耗化學燃料，人類也能實現星際航行
作者：微航天
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，將實現電推進系統在高軌衛星上的世界首次飛行驗證。據了解，該系統採用了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。那麼，什麼是電推進系統？它與目前的化學推進系統相比有哪些優勢？
圖為「黎明號」探測器使用的離子推進器
航天先驅提出電推設想
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。
雖然電火箭發動機聽起來是一個充滿科幻色彩的話題，但追本溯源，它已經有100多年的歷史了。
早在1903年，俄羅斯著名科學家齊奧爾科夫斯基就發表了著名的論文《通過反作用設備實現宇宙飛行的研究》，該論文被視為現代宇宙探索事業的起點。當時的人們已經認識到，用克魯克斯放電管可以把電子加速到很高的速度。到了1924年，他又在論文中指出：「電的力量是無限的，可以產生強有力的氦離子流，用於宇宙飛船。」科學巨匠的前瞻能力令人嘆服，不過在這個問題上，齊奧爾科夫斯基慢了一步。
在大洋彼岸，還有一位火箭先驅，和齊奧爾科夫斯基相比，他是真正的科班出身，這就是美國人戈達德。1913年，戈達德製造出一臺設備，可以產生「帶電粒子」，並獲得了專利。1917年，戈達德再次獲得專利，這次他發明的東西稱為「產生帶電氣體射流的方式方法」。此後，又有多位科學家對電火箭的原理和工程實現做了深入的研究。
術業有專攻 星際航行顯優勢
電火箭發動機的主要問題是推力太小。對於航天發射來說，目前還沒有它的用武之地。但作為衛星、飛船、星際探測器的姿態、軌道控制的推力器，電火箭發動機的優勢無可比擬。因此，航天界也從來沒有忘記電火箭發動機，一直在設法讓它實用化。
1964年7月20日，電火箭終於得到了一試身手的機會，美國宇航局發射了名為「空間電火箭試驗」的衛星，它被火箭發射到遠地點4002公裡的高度，然後啟動了兩臺電火箭發動機。其中，第一臺發動機採用了電子轟擊原理產生離子流，工作了31分16秒，第二臺發動機沒能啟動。4年之後，美國宇航局又發射了「 空間電火箭試驗-II」衛星，進入了高1000公裡的極軌道。兩臺電火箭發動機分別累計工作了2011小時和3781小時，重新啟動300次。
目前，離子推進器已經在星際航行中證明了自己的性能與可靠性。例如，2003年5月9日，日本發射了「隼鳥號」小行星探測器。「隼鳥號」在兩年多的飛行期間，一直使用氙離子發動機航行，直到2005年8月28日才接近小行星。「隼鳥號」的離子發動機已經累計工作了25800小時，產生了1400米/秒的速度增量，消耗氙氣22公斤。在完成採樣並回航時，「隼鳥號」的幾個化學燃料姿態推力器全都發生了故障，只能依靠離子發動機。
降低發射成本值得期待
2015年，歐洲衛星公司的歐洲通信-115西B和亞洲廣播衛星公司的ABS-3A衛星發射入軌。這兩顆衛星都是美國波音公司研製的全電推進衛星，它們在702大型平臺上全面改用了電推力器，因為取消了化學燃料和化學發動機，重量大幅度下降到原來的一半左右，這對國際通信衛星市場造成的衝擊是相當大的，這意味著用戶只花費過去一半的錢就能發射衛星。
經過幾十年的發展，人們提出了多種電火箭原理，其中最成功的是離子和等離子推力器，這也正是中國航天科技集團公司五院510所研製的電推進系統採取的技術路線。此外，還有人提出過其他類型的電火箭，例如光子推進、質子真空等離子推進、電磁推進等。
未來，深空探測等空間活動將繼續成為眾多航天技術的推動力，為了完成現在和未來的空間任務，電推進系統將會不斷地完善，並發揮其獨特的優勢。（常超）