太空飛行器電推進系統技術獲進展

2020-12-05 解放軍新聞傳播中心

1月17日,中國航天科技集團官方微信發布消息稱,我國首款20千瓦大功率霍爾電推進器成功完成點火試驗,點火時間累計8小時,點火次數超過30次。該推力器的成功研製,實現了我國霍爾電推進器推力從毫牛級向牛級跨越。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。化學推進劑能量密度低還使得火箭推力有限,無法滿足深空探測任務需求。因此,各國一直在發展新型航天推進技術,其中就包括電推進系統技術。

電推進系統,又稱電火箭發動機,是通過將太陽能轉化為電能,再將電能轉化為機械能,從而為太空飛行器提供推力。與化學推進系統相比,電推進系統具有比衝高、壽命長、推力小等特點。比衝是單位質量的推進劑所產生的衝量,比衝越高,意味著太空飛行器獲得的推力越大,速度也越快。舉例來說,一般情況下化學推進劑的比衝為2千米/秒至4千米/秒,氫氧推進劑的比衝為4千米/秒至4.5千米/秒,而電推進系統的比衝達到10千米/秒至100千米/秒。由於比衝高,近年來電推進系統越來越多地應用於深空探測器,有望成為其主要動力。此外,電推進系統沒有化學推進系統的複雜設備,可騰出大量空間,使太空飛行器攜帶更多有效載荷,從而延長太空飛行器壽命。

不過,電推進系統的缺點是推力過小。目前採用電推進系統的太空飛行器,推力大多停留在毫牛級,被戲稱為僅能「推動一張紙」,如採用電推進器的日本「隼鳥2號」小行星探測器的推力僅為29.56毫牛、美國波音公司702衛星平臺上使用的電推進器推力為165毫牛。因此,電推進系統目前主要用於太空飛行器的姿態控制、軌道修正和軌道維持等對推力要求不高的任務,或用於執行星際探測任務的飛船和探測器等。霍爾電推進器作為電推進系統的一種,被公認為是衛星調整姿態首選推進裝備。

據報導,近年來,中國在電推進技術領域取得不小進展。2015年,中國航天科技集團五院510所研製的首個星載離子電推進系統在地面壽命和可靠性試驗中累計工作1.1萬小時,可支持衛星在軌穩定運行15年。有評論認為,這標誌著中國自主研製電推進系統達到國際先進水平。2016年,中國航天科技集團五院502所成功研製出中國首個磁聚焦霍爾推進器,較美俄同類產品性能提升20%以上。此次801所研製的霍爾推進器推力達到1牛,可為大型地球靜止軌道衛星、中型/重型全電推平臺、深空探測器、太空擺渡車等太空飛行器的變軌飛行、在軌位保和姿態控制等任務提供動力支撐。

來源:中國國防報 作者:蘭順正

相關焦點

  • LHT-100霍爾電推進系統點火試驗獲成功
    LHT-100霍爾電推進系統點火試驗獲成功中央政府門戶網站 www.gov.cn 2015-04-02 10:23 來源: 國防科工局網站    近日,由中國航天科技集團公司五院研製的LHT-100霍爾電推進正樣系統地面點火聯試取得成功,該系統將應用於我國相關衛星開展飛行試驗。
  • 世界首套磁聚焦霍爾電推進系統成功在軌驗證
    太空飛行器的軌道轉移和位置保持絕大多數應用的是化學推進系統,化學推進劑的種類和攜帶量限制了太空飛行器的性能、壽命和飛行速度。上世紀60年代開始,性能更高的電推進技術成為國際研究的熱點。目前,各國公布的未來空間任務表明,更多的電推力器將被用於空間探測器的主推進系統,為太空飛行器提供源源不斷的動力。  宇航推進系統性能指標主要體現為比衝,比衝越大,推進技術性能越高。
  • 中國電推進技術發展及展望
    μCAT具有總衝較高、元衝量較小、系統質量較低、系統體積較小、造價低廉等優點,是極具發展前景的微型電推進技術之一,見圖4。其中最大的技術進步點就是磁聚焦技術,該技術使得羽流發散角極大的減小(羽流發散角[57,58]。2016年,高效率、高比衝磁聚焦霍爾推進技術被評為中國高校十大科技進展。
  • 宇航推進-電推進(一)
    比衝低造成的後果就是太空飛行器為了達到某一目的(如軌道轉移),需要攜帶更多的燃料。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?
  • 航天科技霍爾電推進技術研製取得重大突破
    霍爾推力器主要由霍爾加速器和空心陰極兩部分組成,空心陰極承擔著點火和羽流中和的重任,被譽為電推力器的「心臟」,是決定電推力器、電推進系統性能和可靠性的關鍵組件。該所的成果使我國成為繼俄、美、歐之後第四個掌握霍爾電推進技術的國家。該技術及裝置將應用在靜止軌道衛星、低軌衛星、深空探測器和大型載人太空飛行器上,大幅提升太空飛行器承載能力、壽命和綜合性能,為我國電推進系統進入全面應用的新時代奠定堅實基礎。
  • 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。關鍵詞:離子推進系統;推力器;電源處理單元;驗證 自從1911年俄羅斯火箭科學家齊奧爾科夫斯基提出電推進概念以來,前蘇聯和美國相繼開始了近30年的電推進空間飛行試驗,到上世紀90年代開始,電推進正式開始在太空飛行器上應用,到目前為止,電推進系統已廣泛應用於空間任務。
  • 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。
  • 不一樣的航天推進系統
    這種推進系統被稱為太空電推進系統。相比於化學推進系統,太空電推進系統能夠節約90%的燃料(也被稱為推進劑)從而節省大量經費,同時為航天任務提供更加靈活多樣的選擇。太空中的牛頓第三定律化學推進中使用燃料和氧化劑,它們發生劇烈的化學反應,將存儲在化學鍵中的能量釋放出來,從而產生短暫而巨大的推力。
  • 我國霍爾電推進研製取得重大突破
    由中國航天科技集團公司六院研製的霍爾電推進技術近日取得重大突破——80mN霍爾推力器的空心陰極長壽命試驗率先突破18000小時,累計點火15000次,遠超7500小時、累計點火8000該項技術的突破,將為我國電推進系統進入全面應用的新時代奠定堅實基礎。   六院研製的多種霍爾電推進系統推力器功率覆蓋0.1~5kW,將應用在靜止軌道衛星、低軌衛星、深空探測器和大型載人太空飛行器上,將大幅提升太空飛行器承載能力、壽命和綜合性能。  1994年,在「兩彈一星」元勳任新民院士的倡導下,六院在國內率先開展霍爾電推進技術和應用研究。
  • 40年磨一「箭」打破美俄技術壟斷 510所電推進技術步入國際先進行列
    其中非常值得一說的要數離子電推進系統。今年4月30日,由該所研製的新一代離子電推進產品——LIPS-300離子推力器在實踐二十號衛星上成功實現在軌驗證,標誌著我國電推進產品和應用技術步入國際先進行列。而此前該種技術一直被美俄等航天強國所壟斷。
  • 我國磁聚焦霍爾電推進系統交付 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。據了解,該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。
  • 小型太空飛行器的新型蒸汽噴射推進系統ThermaSat
    CubeSats由邊長為4英寸(10釐米)的標準化立方體組成,有可能徹底改變衛星的運行方式,用小型、簡單的衛星群取代大型、複雜的太空飛行器,可以快速、低成本地部署。不過體積小也意味著在設計方面需要進行權衡。較大的衛星可以攜帶數年甚至數十年的推進劑,以使其保持駐留或根據需要改變其軌道,但CubeSats沒有太多的空間來安裝推進器,更不用說運行它們的推進劑和動力系統了。
  • 中國某衛星磁聚焦霍爾電推進系統順利交付
    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
  • 我國霍爾電推進發動機研製取得重大突破
    春節假期剛過,中國航天科技集團公司六院801所傳來好消息:我國霍爾電推進技術取得重大突破——80mN霍爾推力器的空心陰極長壽命試驗率先突破18000小時,累計點火15000次,遠超7500小時、累計點火8000次的典型任務指標要求。
  • 航天510所攻克電推進技術40餘年:邁入型號應用階段
    510所所長王小軍接受中新社記者採訪時介紹,電推進系統的研製歷程,一般要經歷技術開發、工程研究、空間飛行驗證、型號應用四個階段,該所研製的電推進系統率先邁入型號應用階段,為中國全面邁入「電推時代」而奮鬥。
  • 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。
  • 中國航天霍爾電推進發動機研製取得重大突破
    原標題:我國霍爾電推進研製取得重大突破春節假期剛過,中國航天科技集團公司六院801所傳來好消息:我國霍爾電推進技術取得重大突破——80mN霍爾推力器的空心陰極長壽命試驗率先突破18000小時,累計點火15000次,遠超7500小時、累計點火8000
  • 科幻——電推進(一)
    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)。我們之前有提到嫦娥探測器的主推力器為750N,因此電推力器給太空飛行器的加速度是非常小的,如果任務緊急且是地球衛星,是不能採用電推進的。那麼這麼小的推力為什麼還用呢?
  • 航天科技801所霍爾電推進研製取得重大突破
    春節假期剛過,中國航天科技集團公司六院801所傳來好消息:我國霍爾電推進技術取得重大突破——80mN霍爾推力器的空心陰極長壽命試驗率先突破18000小時,累計點火15000次,遠超7500小時、累計點火8000次的典型任務指標要求。該項技術的突破,將為我國電推進系統進入全面應用的新時代奠定堅實基礎。
  • 中國電推進技術步入國際先進行列
    原標題:我國電推進技術步入國際先進行列 記者從中國航天科技集團有限公司五院510所獲悉,4月30日,由該所研製的新一代離子電推進產品——LIPS-300離子推力器在實踐二十號衛星上成功實現在軌驗證,標誌著我國電推進產品和應用技術步入國際先進行列。