據(jù)《科技日報》報道，由中國航天科技集團(tuán)五院502所研制的300瓦霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)近日成功完成某低軌衛(wèi)星的升軌任務(wù)，將其軌道提升近300公里，標(biāo)志著我國實現(xiàn)了高性能電霍進(jìn)系統(tǒng)的空間應(yīng)用。
據(jù)悉，本次升軌任務(wù)中，霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)工作歷時110余天，系統(tǒng)共點(diǎn)火600余次，累計工作400余小時，各項性能指標(biāo)良好。這是我國首次采用電推進(jìn)系統(tǒng)完整執(zhí)行低軌衛(wèi)星的變軌任務(wù)，驗證了全電推進(jìn)低軌星座衛(wèi)星的變軌能力。
后續(xù)，霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)還將承擔(dān)該衛(wèi)星的其他軌道控制任務(wù)。
什么是霍爾推進(jìn)器？
霍爾推進(jìn)器是一種發(fā)動機(jī)，百度的解釋是利用磁場產(chǎn)生電場將電離子進(jìn)行加速的推進(jìn)器，主要特點(diǎn)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(jī)的燃料使用效率越高，是衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)指標(biāo)。
霍爾推進(jìn)器的比沖能達(dá)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(jìn)器就能碾壓其他發(fā)動機(jī)，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(jī)，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(jìn)原理是利用過圓柱形陽極和形成陰極的帶負(fù)電等離子體之間的電勢加速離子，推進(jìn)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(jìn)器。
離子電推進(jìn)發(fā)動機(jī)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(jī)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(jìn)器所耗燃料將不到現(xiàn)有化學(xué)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(jìn)劑提高了3.51千米/秒的速度，這種推進(jìn)效率在別的發(fā)動機(jī)眼里是不可能達(dá)到的。
我國研制的霍爾推進(jìn)器性能如何？將為未來我國商業(yè)航天衛(wèi)星空間應(yīng)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(tuán)稱，航天五院510所研制的大功率霍爾電推進(jìn)技術(shù)獲得重大突破，標(biāo)志著我國在大功率電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，百千瓦級霍爾推力器性能達(dá)到國際先進(jìn)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(dá)到105千瓦，最大推力達(dá)到4.6N，以氪為工質(zhì)最高比沖超過5100秒
未來，空間推進(jìn)勢必朝著高性能、長壽命、無毒化、在軌維護(hù)、物理能的方向持續(xù)進(jìn)化，來滿足快速經(jīng)濟(jì)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(wù)的執(zhí)行需求。
盡管從20世紀(jì)90年代后期才開始對霍爾推進(jìn)器進(jìn)行研究，但我國空間軌姿控發(fā)動機(jī)系統(tǒng)性能、工作壽命和可靠性等方面已經(jīng)達(dá)到了國際一流水平，無毒單組元發(fā)動機(jī)在國際上率先成功應(yīng)用，推進(jìn)劑實現(xiàn)了在軌補(bǔ)加，同時高比沖長壽命電推進(jìn)和大功率核電推進(jìn)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(jìn)系統(tǒng)首次完成低軌衛(wèi)星升軌任務(wù),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(jìn)技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展, 上海航天 ,2021.04.25.
更多信息可以來這里獲取==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<
