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突破!300瓦自主霍尔电推进系统首次完成低轨卫星升轨任务

2022-09-21
作者:航天研究猿
来源:航天研究猿

  据《科技日报》报道,由中国航天科技集团五院502所研制的300瓦霍尔电推进系统近日成功完成某低轨卫星的升轨任务,将其轨道提升近300公里,标志着我国实现了高性能电霍进系统的空间应用。

  据悉,本次升轨任务中,霍尔电推进系统工作历时110余天,系统共点火600余次,累计工作400余小时,各项性能指标良好。这是我国首次采用电推进系统完整执行低轨卫星的变轨任务,验证了全电推进低轨星座卫星的变轨能力。

  后续,霍尔电推进系统还将承担该卫星的其他轨道控制任务。

  什么是霍尔推进器?

  霍尔推进器是一种发动机,百度的解释是利用磁场产生电场将电离子进行加速的推进器,主要特点是比冲大、重量小、体积小,所以特别适用于卫星。

  比冲的定义是1牛顿重量的物质持续产生1牛顿推力的时间,这个值越大说明发动机的燃料使用效率越高,是卫星推进系统最重要的数据指标。

  霍尔推进器的比冲能达到6000s以上,而一般的固体火箭大概是250s,足见差距。

  但这不意味着霍尔推进器就能碾压其他发动机,因为它的推力小到令人发指,比如天宫轨道维持的LT-100型霍尔电推发动机,推力只有80mN,开足马力就能吹起一张纸,所以特别适用也仅适用于卫星。

  霍尔电推为什么比冲如此大?

  霍尔推进原理是利用过圆柱形阳极和形成阴极的带负电等离子体之间的电势加速离子,推进剂被引入阳极附近,离子化后在磁场的限制下流向阴极,并且通过它加速,离开阴极时离子会带上电子中和后高速离开推进器。

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       离子电推进发动机的燃料有一个要求,容易电离,离子的质量比较大的元素,比如早期有汞,后来因为有毒被放弃,再后来用氙,也有用氪以及铋和碘,还有氩甚至金属镁和锌等。

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  这些金属在高温下都有不同的发射光谱,因此不同燃料的发动机发出的颜色是不一样的,你甚至可以根据喷口发光判断它究竟用了什么燃料。

  目前霍尔推进器所耗燃料将不到现有化学火箭的十分之一,总重量486千克的NASA深空一号,使用81千克氙推进剂提高了3.51千米/秒的速度,这种推进效率在别的发动机眼里是不可能达到的。

  我国研制的霍尔推进器性能如何?将为未来我国商业航天卫星空间应用产生哪些影响呢?

  背景新闻:2022年1月28日,中国航天科工集团称,航天五院510所研制的大功率霍尔电推进技术获得重大突破,标志着我国在大功率电推进技术领域内,百千瓦级霍尔推力器性能达到国际先进水平。

  在地面试验中,单通道霍尔推力器以Xe为工质,最大功率达到105千瓦,最大推力达到4.6N,以氪为工质最高比冲超过5100秒

  未来,空间推进势必朝着高性能、长寿命、无毒化、在轨维护、物理能的方向持续进化,来满足快速经济天地往返、大范围轨道转移、地外星体着陆驻留起飞、长距离长周期深空飞行等高难任务的执行需求。

  尽管从20世纪90年代后期才开始对霍尔推进器进行研究,但我国空间轨姿控发动机系统性能、工作寿命和可靠性等方面已经达到了国际一流水平,无毒单组元发动机在国际上率先成功应用,推进剂实现了在轨补加,同时高比冲长寿命电推进和大功率核电推进等技术也在积极探索,这些都将有力提升我国航天器空间活动能力。

  参考文章——

  [1]我国电推进系统首次完成低轨卫星升轨任务,科技日报,2022.09.21.

  [2] 只能推动A4纸?重大突破!百千瓦级霍尔电推成功,它代表星辰大海,星辰大海路上的种花家,2022.01.30.

  [3] 朱智春,林庆国,杭观荣,姚天亮,刘昌国,我国空间推进技术研究现状及发展, 上海航天 ,2021.04.25.


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