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卫星控制的理想动力:国产电火箭首次亮相

卫星控制的理想动力:国产电火箭首次亮相

两款国产电推进器亮相航展,电火箭的优势是工质消耗极小,缺点是推力也很小,不过对于长期在太空运行的卫星姿态调整来说就显得非常有用

卫星控制的理想动力:国产电火箭首次亮相

资料图:导弹的姿态控制发动机进行测试。导弹的姿态控制发动机原理和燃料与传统卫星用的微调发动机一致,传统微型火箭发动机的困境是,液态氢氧类低温推进剂散逸速度过快,无法满足在轨时间以年计的卫星长期储存要求,而使用常温推进剂火箭的比冲提高已经遇到瓶颈。在这种情况下,电火箭以其高比冲和可长期使用的优势成了各航天强国的主力研制方向。

腾讯军事讯 2012年10月14日我国首颗民用新技术试验卫星实践九号发射成功,并已经成功进行了轨道试验,随后本届珠海航展上中国航天科技集团也展出了LIPS-200离子电推进器和LHT-100霍尔电推进器。根据航天科技集团的规划,我国未来多型卫星都将使用电推进器以提高性能,电推进器的轨道验证和逐步成熟,将大大提高我国航天器的有效载荷比,并显著提高航天器的综合性能。

电推进器又称电火箭,20世纪初的美国火箭先驱戈达德就提出了电推进器的设想,但由于技术能力问题,直到20世纪50年代以后电推进器才开始逐步成为现实。按推进剂加速方式不同,它可分为电热式推进器、静电式推进器和电磁式推进器等三种主要类型。电热推进器还可进一步细分为电弧加热、电阻加热和微波加热等类型,其中电阻加热推进器是早期应用最广泛的一种电推类型,它结构简单目前电阻加热推进器比冲已经提高到900秒左右,电弧加热推进器的最高比冲同样在这个级别,由于比冲较低目前电热推进器已经退出主流电推进器的行列。相对淡出的电热式推进器,依靠电磁场洛伦兹力加速的电磁式推进器仍主要处于研制阶段,尚未在军用或是民用航天器上得到应用,目前电推进器的主流则是静电式推进器。典型的静电式推进器包括霍尔效应推进器和离子推进器,这也是目前电推进器中的主要类型。

虽然目前尚无电推进器正式投入使用,但我国很早就瞄准美苏世界先进水平,开展了研制电推进器的研制工作。早在20世纪60年代中科院电工研究所就研制了离子推进器的试验样机,并在1981年成功进行了高弹道飞行。1974年空间技术研究院(航天五院)下属的兰州物理研究所(510所)开始研制轰击式离子推进器,先后完成了模样机和试验样机,1999年以后继续开始研发20厘米直径的电子轰击式离子推进器,推力为40mN,比冲约3000秒,输入功率约1.2千瓦。1996年上海航天动力机械研究所(801所)所开始研制静态等离子体推进器(SPT)也就是霍尔电推进器,先后研制了SPT-40、SPT-70和SPT-100等样机,并进一步研制了实用的霍尔电推进器。此外我国还有中科院和哈工大等单位进行了电推进器的研究工作。经过国内研究部门的多年努力,今年发射的实践九号A星终于携带霍尔电推进器和离子电推进器上天进行轨道验证。

11月8日《中国航天报》的报道中,提到了中国航天科技集团六院801所研制的国内首套霍尔电推进系统的消息,根据报道它已经在2011年8月完成了正样研制,并正式交付产品。11月7日霍尔电推进系统在轨点火成功,顺利完成了180秒的首次点火运行,运行期间工作稳定各项参数正常, 801所霍尔电推进系统的正常在轨运行填补了国内空白,标志着我国航天器推进系统的新突破。根据外媒提供的信息,实践九号A星携带的霍尔电推进器比冲为1600±160秒,推力为4mN。从珠海航展上展出的电推模型看,实践九号A星携带的霍尔电推进器就是LHT-100,LHT-100霍尔电推进器具有比冲高、可靠性好、推力功率比大和推力密度高的优点,未来将在实践九号A星上进行200次共约50小的基线试验,还将进行更长时间的扩展试验,它的成功标志着我国霍尔电推进技术逐步成熟,也意味着霍尔电推进系统即将实现空间实际应用。

根据《中国航天报》11月14日的后续报道,实践九号A星携带的航天五院510所自主研制的离子电推进系统日前首次点火成功,稳定工作3分钟,随后又进行了第二次点火,稳定工作了近4分钟,实践九号A星离子电推进系统飞行试验取得了开门红。实践九号A星携带的就是LIPS-200离子电推进器,这正是本届珠海航展上正式展出的电推进器之一。根据2010年的论文《离子推进系统用于GEO 卫星南北位保使命的能力与效益》,公开了510所研制的LIPS-200离子电推分系统,LIPS-200离子电推分系统将用于代替现有常温推进剂的轨控发动机用于静止轨道卫星的南北位置保持(NSSK),,将大大提高我国大型静止轨道长寿命卫星的有效载荷比。整个LIPS-200离子电推分系统包括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LIPS-200离子电推进器额定推力40mN,比冲3000秒左右,工作寿命在10000~15000小时之间,达到了国际先进水平。

本届珠海航展上展出了实践九号A星的两种电推进器,随着飞行试验的逐步进行,得到实际轨道工作验证的我国电推进器将陆续在新一代卫星平台上得到应用,本届珠海航展展出的DFH-3B卫星平台和DFH-4卫星平台,都将使用电推进系统进行优化,这将大大提高我国卫星的综合性能,不仅可以更有效的服务本国军民应用,也为更有效的竞争国际市场创造了有利条件。(松鼠)

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