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    《電子技術應用》
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    突破!300瓦自主霍爾電推進系統首次完成低軌衛星升軌任務

    2022-09-21
    作者:航天研究猿
    來源:航天研究猿

      據《科技日報》報道,由中國航天科技集團五院502所研制的300瓦霍爾電推進系統近日成功完成某低軌衛星的升軌任務,將其軌道提升近300公里,標志著我國實現了高性能電霍進系統的空間應用。

      據悉,本次升軌任務中,霍爾電推進系統工作歷時110余天,系統共點火600余次,累計工作400余小時,各項性能指標良好。這是我國首次采用電推進系統完整執行低軌衛星的變軌任務,驗證了全電推進低軌星座衛星的變軌能力。

      后續,霍爾電推進系統還將承擔該衛星的其他軌道控制任務。

      什么是霍爾推進器?

      霍爾推進器是一種發動機,百度的解釋是利用磁場產生電場將電離子進行加速的推進器,主要特點是比沖大、重量小、體積小,所以特別適用于衛星。

      比沖的定義是1牛頓重量的物質持續產生1牛頓推力的時間,這個值越大說明發動機的燃料使用效率越高,是衛星推進系統最重要的數據指標。

      霍爾推進器的比沖能達到6000s以上,而一般的固體火箭大概是250s,足見差距。

      但這不意味著霍爾推進器就能碾壓其他發動機,因為它的推力小到令人發指,比如天宮軌道維持的LT-100型霍爾電推發動機,推力只有80mN,開足馬力就能吹起一張紙,所以特別適用也僅適用于衛星。

      霍爾電推為什么比沖如此大?

      霍爾推進原理是利用過圓柱形陽極和形成陰極的帶負電等離子體之間的電勢加速離子,推進劑被引入陽極附近,離子化后在磁場的限制下流向陰極,并且通過它加速,離開陰極時離子會帶上電子中和后高速離開推進器。

    123.jpg                                               

           離子電推進發動機的燃料有一個要求,容易電離,離子的質量比較大的元素,比如早期有汞,后來因為有毒被放棄,再后來用氙,也有用氪以及鉍和碘,還有氬甚至金屬鎂和鋅等。

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      這些金屬在高溫下都有不同的發射光譜,因此不同燃料的發動機發出的顏色是不一樣的,你甚至可以根據噴口發光判斷它究竟用了什么燃料。

      目前霍爾推進器所耗燃料將不到現有化學火箭的十分之一,總重量486千克的NASA深空一號,使用81千克氙推進劑提高了3.51千米/秒的速度,這種推進效率在別的發動機眼里是不可能達到的。

      我國研制的霍爾推進器性能如何?將為未來我國商業航天衛星空間應用產生哪些影響呢?

      背景新聞:2022年1月28日,中國航天科工集團稱,航天五院510所研制的大功率霍爾電推進技術獲得重大突破,標志著我國在大功率電推進技術領域內,百千瓦級霍爾推力器性能達到國際先進水平。

      在地面試驗中,單通道霍爾推力器以Xe為工質,最大功率達到105千瓦,最大推力達到4.6N,以氪為工質最高比沖超過5100秒

      未來,空間推進勢必朝著高性能、長壽命、無毒化、在軌維護、物理能的方向持續進化,來滿足快速經濟天地往返、大范圍軌道轉移、地外星體著陸駐留起飛、長距離長周期深空飛行等高難任務的執行需求。

      盡管從20世紀90年代后期才開始對霍爾推進器進行研究,但我國空間軌姿控發動機系統性能、工作壽命和可靠性等方面已經達到了國際一流水平,無毒單組元發動機在國際上率先成功應用,推進劑實現了在軌補加,同時高比沖長壽命電推進和大功率核電推進等技術也在積極探索,這些都將有力提升我國航天器空間活動能力。

      參考文章——

      [1]我國電推進系統首次完成低軌衛星升軌任務,科技日報,2022.09.21.

      [2] 只能推動A4紙?重大突破!百千瓦級霍爾電推成功,它代表星辰大海,星辰大海路上的種花家,2022.01.30.

      [3] 朱智春,林慶國,杭觀榮,姚天亮,劉昌國,我國空間推進技術研究現狀及發展, 上海航天 ,2021.04.25.


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