據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，由中國(guó)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(guó)實(shí)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(shí)110余天，系統(tǒng)共點(diǎn)火600余次，累計(jì)工作400余小時(shí)，各項(xiàng)性能指標(biāo)良好。這是我國(guó)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(yàn)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(dòng)機(jī)，百度的解釋是利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)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(shí)間，這個(gè)值越大說(shuō)明發(fā)動(dòng)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(jiàn)差距。

　　但這不意味著霍爾推進(jìn)器就能碾壓其他發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗耐屏π〉搅钊税l(fā)指，比如天宮軌道維持的LT-100型霍爾電推發(fā)動(dòng)機(jī)，推力只有80mN，開(kāi)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(guò)圓柱形陽(yáng)極和形成陰極的帶負(fù)電等離子體之間的電勢(shì)加速離子，推進(jìn)劑被引入陽(yáng)極附近，離子化后在磁場(chǎng)的限制下流向陰極，并且通過(guò)它加速，離開(kāi)陰極時(shí)離子會(huì)帶上電子中和后高速離開(kāi)推進(jìn)器。

       離子電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料有一個(gè)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(lái)因?yàn)橛卸颈环艞?，再后?lái)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(dòng)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(hào)，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(dòng)機(jī)眼里是不可能達(dá)到的。

　　我國(guó)研制的霍爾推進(jìn)器性能如何？將為未來(lái)我國(guó)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(guó)航天科工集團(tuán)稱(chēng)，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(guó)在大功率電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，百千瓦級(jí)霍爾推力器性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

　　在地面試驗(yàn)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(guò)5100秒

　　未來(lái)，空間推進(jìn)勢(shì)必朝著高性能、長(zhǎng)壽命、無(wú)毒化、在軌維護(hù)、物理能的方向持續(xù)進(jìn)化，來(lái)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(zhǎng)距離長(zhǎng)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(kāi)始對(duì)霍爾推進(jìn)器進(jìn)行研究，但我國(guó)空間軌姿控發(fā)動(dòng)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(guó)際一流水平，無(wú)毒單組元發(fā)動(dòng)機(jī)在國(guó)際上率先成功應(yīng)用，推進(jìn)劑實(shí)現(xiàn)了在軌補(bǔ)加，同時(shí)高比沖長(zhǎng)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(guó)航天器空間活動(dòng)能力。

　　參考文章——

　　[1]我國(guó)電推進(jìn)系統(tǒng)首次完成低軌衛(wèi)星升軌任務(wù),科技日?qǐng)?bào),2022.09.21.

　　[2] 只能推動(dòng)A4紙？重大突破！百千瓦級(jí)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(guó),杭觀榮,姚天亮,劉昌國(guó),我國(guó)空間推進(jìn)技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展, 上海航天 ,2021.04.25.

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