據(jù)《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(tǒng)近日成功完成某低軌衛(wèi)星的升軌任務，將其軌道提升近300公里，標志著我國實現(xiàn)了高性能電霍進系統(tǒng)的空間應用。

　　據(jù)悉，本次升軌任務中，霍爾電推進系統(tǒng)工作歷時110余天，系統(tǒng)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(tǒng)完整執(zhí)行低軌衛(wèi)星的變軌任務，驗證了全電推進低軌星座衛(wèi)星的變軌能力。

　　后續(xù)，霍爾電推進系統(tǒng)還將承擔該衛(wèi)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(fā)動機，百度的解釋是利用磁場產(chǎn)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(wèi)星。

　　比沖的定義是1牛頓重量的物質(zhì)持續(xù)產(chǎn)生1牛頓推力的時間，這個值越大說明發(fā)動機的燃料使用效率越高，是衛(wèi)星推進系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)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(fā)動機，因為它的推力小到令人發(fā)指，比如天宮軌道維持的LT-100型霍爾電推發(fā)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(wèi)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。

       離子電推進發(fā)動機的燃料有一個要求，容易電離，離子的質(zhì)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。

　　這些金屬在高溫下都有不同的發(fā)射光譜，因此不同燃料的發(fā)動機發(fā)出的顏色是不一樣的，你甚至可以根據(jù)噴口發(fā)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(xiàn)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(fā)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(yè)航天衛(wèi)星空間應用產(chǎn)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(shù)獲得重大突破，標志著我國在大功率電推進技術(shù)領域內(nèi)，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(zhì)，最大功率達到105千瓦，最大推力達到4.6N，以氪為工質(zhì)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(xù)進化，來滿足快速經(jīng)濟天地往返、大范圍軌道轉(zhuǎn)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(zhí)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(fā)動機系統(tǒng)性能、工作壽命和可靠性等方面已經(jīng)達到了國際一流水平，無毒單組元發(fā)動機在國際上率先成功應用，推進劑實現(xiàn)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(shù)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(tǒng)首次完成低軌衛(wèi)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(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展, 上海航天 ,2021.04.25.

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