电推进,为卫星插上“薄翼”(科技大观)

田立成

2017年02月10日04:58  来源:人民网-人民日报
 

  卫星在太空中飞行时,并非一帆风顺。中低轨道卫星会受到太空中稀薄的大气、地球磁场以及太阳辐射等的影响,逐渐偏离运行轨道,甚至掉下来;高轨道卫星则会受到星球摄动(由于受到天体的影响在轨道上产生偏差)等影响引起轨道偏离。因此,航天工程师需要给卫星配备轻巧、灵活的“翅膀”——推进系统,来进行位置的保持。

  推进系统包括传统的化学推进系统、先进的电推进系统等。传统的推进系统将压缩气体喷出或通过化学燃烧加热燃烧产物喷出产生反冲推力,从而将卫星“推回”预定轨道。虽然卫星在太空中飞行时受到的干扰力很小,但时间一长,仍会产生很大的作用。为了让卫星始终保持在预定轨道,其推进系统需要携带大量推进剂,使得卫星变得非常笨重。要将笨重的卫星运送到太空中,火箭需要花费更大的力气。

  有没有办法给卫星“瘦身”呢?当然有,那就是安装高比冲的离子电推进系统。电推进系统消耗电能加热电离推进剂并加速喷出产生推力,虽然它的推力很小,只有几十到几百毫牛,但是它的比冲很高。比冲是衡量发动机性能的一个重要参数,定义为单位推进剂的量所产生的冲量,比冲越高,代表纠正轨道所消耗的推进剂越少。电推进的比冲是传统推进的几倍甚至十几倍,而离子电推进系统的比冲相比传统化学推进系统更是要高至少一个量级。

  配备了这种先进推进系统的卫星需要携带的推进剂大大减少。例如,欧洲通信卫星公司生产的Ka频段通信卫星,如果使用化学推进,整个卫星包括燃料的重量将达到7000千克;而使用电推进,卫星的重量将会降低到4100千克,“瘦身”效果十分明显。目前,高比冲、微小推力的离子电推进系统越来越多地被用在了执行卫星轨道南北位置保持、轨道维持等任务。

  电推进具有推力小、比冲高、寿命长等优点,代表了未来推进技术的发展方向,世界各国的航天机构都在积极进行研发,我国更是走在了前列。近期,由兰州空间技术物理研究所研制的LHT—100自励磁霍尔电推进系统搭载实践十七号卫星完成在轨试验,标志着该所成为国际唯一一家同时开展离子电推进和霍尔电推进系统产品研制及在轨飞行试验应用的单位,为后续我国在新型通信卫星、遥感卫星、科学试验卫星等卫星上的应用积累了宝贵经验。

  没有推进系统,卫星将不能在太空稳定飞行,从某种意义上说推进系统就是卫星的“翅膀”。诸如离子电推进系统、霍尔电推进系统和微小功率及高功率电推进系统等先进技术,如同一双双轻灵的“薄翼”,让宇航探索事业展翅翱翔。


  《 人民日报 》( 2017年02月10日 22 版)
(责编:崔东)

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