离子电推进系统将获得快速推广应用

 

 

2012年10月，我国发射的实践9号携带的卫星上第一次使用了离子电推力技术，从此为我国的航天技术开启了一扇新的大门，打破了美俄等航天强国的技术垄断。

实践9号A星携带的离子电推进系统包括1个推进剂贮存模块、1个调压模块、4个流量控制模块、4台离子电推进器以及其他附属设备，系统干重约140千克。单台离子电推进器额定推力40豪牛，比冲3000秒左右，工作寿命在10000至15000小时之间，达到了国际先进水平。这也是国内第一次在卫星上使用离子电推进系统。

我国在1999年至2004年研制了200毫米离子电推进系统原理样机，主要性能达到国外同类产品水平。2004年至2007年完成了200毫米离子电推进系统工程样机研制，通过了环境条件鉴定试验。2007年至2012年为实践九号卫星研制了200毫米离子电推进子系统，该卫星已经于今年10月发射并实现首次空间飞行试验。此次离子电推力系统的成功应用，对我国的航天事业来说是里程碑式的。虽然美国于1997年在SPI卫星上首次应用了离子电推进系统，但美国做到这一点用了8年时间，而我国只花了5年。

所谓的离子电推进系统就是通常所说的电火箭，借助电能使工质离解成带电粒子，再通过加速这种带电粒子流来获得推力。它的排气速度很高，每秒可达几十公里、几百公里，甚至更高。最早的离子引擎于1960年左右由NASA的研究中心制成，但之后一直处于试验阶段。直到1998年，探测彗星的深空1号才首次将离子引擎作为主力推进系统应用在深空飞行中。

传统的火箭是通过尾部喷出高速的气体实现向前推进的。离子电推进器也是采用同样的喷气式原理，但是它并不是采用燃料燃烧而排出炽热的气体，它所喷出的是一束带电粒子或是离子。它所提供的推动力或许相对较弱，但关键的是这种离子推进器所需要的燃料要比普通火箭少得多。只要离子推进器能够长期保持性能稳定，它最终将能够把太空飞船加速到更高的速度。电火箭除了定位精准之外，而且可以大大减少卫星和探测器上的化学燃料的携带量，节省下来大量空间携带更多的仪器

离子电推进作为先进的空间推进技术，美国和前苏联一直都是这种先进技术的垄断者，直到近年来，相关技术才应用到一些太空飞船上，比如日本的“隼鸟”太空探测器和欧洲的“智能1号”太空船等，而且技术已经取得了很大的进步和经济效益。

进入21世纪后，考察一个国家的航天航空能力不仅仅是能否探月、是否有空间站，而是能否开展对火星以远深空探测应用。要想搞好深空探测，离子电推进系统是必选项。我国深空探测长远发展规划中包括了采样返回、木星探测和库伯带小行星探测任务等，在现有运载条件下依靠化学能火箭，完成这些深空探测任务几乎是不可能的。首先，深空探测距离很长，如果用化学染料，火箭和卫星上大部份的位置将会被燃料所占据，那么相应的科学探测仪器将会减少很多，而且化学燃料成本也非常高。离子电推进系统的比冲是化学燃料的10倍，需要的工作介质少，因此能在太空无重力状态下连续工作几年时间。NASA计算过运用离子电推力的探测器到达土星的飞行时间只需要3年，而传统航天器则要花费7年的时间。此外，用化学染料推进的航天器需要选择合适的发射窗口，而离子电推进则不需要。我国未来的东方红3B、4号、5号、7号等通讯卫星上都将使用离子电推进器，2020年将要应用的空间站上也将使用4台离子电推力系统，这也是我国空间站与美俄空间站相比的创新之处。