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美國制造全電推進商業通信衛星 開啟小而美的傳奇

2016-02-27 09:56:20

在不久前揭曉的2015全球十大航天新聞中,“世界首批全電推進商業通信衛星進入太空”位列其中。由美國制造的世界首批全電推進商業通信衛星——亞洲廣播衛星—3A和歐洲通信衛星—115西B去年初成功發射,被認為是全電推進技術實現成熟應用的標志。那么,什么是全電推進?它對衛星產業的發展到底有多大魔力呢?

所謂全電推進,是指地球靜止軌道衛星在星箭分離后,使用電推進系統,從而取代傳統的化學推進系統來完成軌道轉移任務、進入工作軌道,并且入軌后的位置保持任務也完全由電推進系統來執行。

目前,星箭分離后的衛星軌道轉移以及在軌位置的保持,大都使用化學推進系統來完成。化學推進系統的原理是通過推進劑催化反應或氧化劑燃燒劑反應產生高溫,將推進劑加熱后噴出產生推力。電推進系統則用電能加熱或電離推進劑,使其加速噴射產生推力。也就是說,這是一種把外部電能轉換為推進劑噴射動能的火箭,所以又稱電火箭。

全電推進系統是目前世界最先進的空間推進技術。雖然化學推進系統和電推進系統都要消耗推進劑,但這兩種推進系統的推進劑消耗量區別很大,兩者的效率差高達10倍。電推進系統具有比沖高、效率高、省燃料、振動小、成本低、壽命長等一系列優點,可顯著降低發射質量,從而大幅降低發射成本,大大增加衛星的有效載荷量,或者可以大大增加推進劑的攜帶量,從而延長衛星的使用壽命。也就是說,“小身材”的電火箭,性能卻很高。

在電火箭具備的諸多優點中,特別值得一提的是降低衛星發射質量這一條。提高有效載荷比,一直是大型靜止軌道衛星研制追求的目標。目前,大多數衛星是用化學推進系統進行軌道轉移和在軌位置保持的,這種系統的質量占靜止軌道衛星的干重比約為40%。因此,如果能降低推進系統質量,堪稱實用價值巨大,會影響未來衛星產業的發展。

電推進系統是一種全新的發展思路,有望進一步激發全球衛星制造業降低研制成本的競爭,將對未來通信衛星的制造和技術創新產生重要影響。目前存在的不足之處,就是推力小、耗電多,所以衛星用電推進系統可支持對姿態精度要求較高的有效載荷,但它用于變軌時所需要的時間較長,在設計時還要考慮衛星的供電能力。

總之,電推進系統可廣泛用于地球靜止軌道衛星位置保持和軌道轉移、空間探測器和載人深空探測的主推進、低軌衛星的軌道維持等許多方面。目前,電推進系統的電能是由太陽能經轉換裝置獲得的,所以功率有限,未來有望由核能提供,從而研制出大功率的電推進系統,用于打造核動力載人火星飛船,從而大大縮短飛往火星的時間。(龐之浩)

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