衛星推進係統能幹什麼

2023-10-30 13:53:27 來源: 《環球》雜志

  國內電推進已有了完整的産品線,而核心技術如磁遮罩已經實現突破,為我國未來商業衛星的長壽命組網應用消除了關鍵的技術障礙。

文/徐鳴

編輯/樂艷娜

  近期,根據媒體報道,阿布扎比衛星公司Yahsat旗下的4顆高軌衛星在進入地球同步軌道後,因推進係統出現故障,預計將引發超5000萬美元的保險索賠。什麼是衛星推進係統?

  航太器推進係統基于反作用原理,為航太器飛行姿態和軌道調整提供動力支援。對于衛星來説,火箭一般只把它送至初始軌道,後期目標軌道的轉移以及壽命期間的維軌和離軌,都將通過其配置的推進係統來完成。

  首先,在衛星入軌期間,衛星推進係統可以幫助衛星進入預定軌道。比如,2017年,“中星9A”在隨火箭飛出地球不久後,因火箭出現異常,距離預定軌道還有2萬多公里,這顆衛星憑借自身的推進係統歷經10次變軌,耗時16天終于進入預定軌道。

  其次,衛星推進係統可以在衛星的整個生命周期,幫助“跑偏”的衛星回到正常軌道,也可以幫助衛星通過變軌躲避復雜宇宙環境中的危險。

  衛星推進係統主要分為冷氣推進係統、化學推進係統以及電推進係統。

  冷氣推進係統就是以氮氣、氦氣等“冷氣”為工質(實現熱能和機械能相互轉化的媒介物質)的推進係統,通過釋放加壓罐中的氣體來産生推力。冷氣推進係統具有結構簡單、可靠性高、無污染和最小脈衝衝量小等優點。

  化學推進係統是目前普遍使用的一個類型,其中燃燒推進是化學推進的一種常見形式,它使用自身攜帶的推進劑在燃燒室中燃燒分解,釋放化學能,燃燒産物經噴管高速噴射轉變成動能,産生反作用推力。

  電推進係統則是利用電能加熱、離解和加速工質,使其形成高速射流而産生推力。近年來,電推進係統中應用日益廣泛的霍爾電推進器,其原理是利用外部電源生成強大的電場和磁場,形成霍爾效應,使推進工質(一般是惰性氣體)電離産生電漿體,通過離子的高速噴出産生反向的推力,從而推動航太器移動。

  當前,更高效、節能、靈活的電推進技術,已成為全球衛星行業的核心競爭力之一,表現出以下三個趨勢:

  首先,電推進係統正在成為低軌衛星星座建設的標配,加速衛星互聯網建設。

  相比傳統的化學推進,電推進器能夠提供更高比衝的推力,非常適合在太空中對衛星進行長時間的軌道控制。在國際上,根據公開資訊,超過5000顆“星鏈”衛星均採用電推進係統。

  其次,氪氣和氬氣等電推進技術的突破,使低成本電推進加速發展。

  電推進係統的成本與其推進工質密切相關,在相當長的時間裏,氙氣電推進技術是研發主流,但氙氣的成本高達每千克5萬~10萬美元。近年來,國際上氪氣和氬氣電推進技術取得突破,大幅降低了電推進的研制成本,盡管這兩種氣體的電離效率相對較低,但其成本效益極高,每千克僅需幾百至1000元人民幣。

  第三,我國電推進技術發展迅猛,進一步推動我國航太事業的繁榮和發展。

  在中國航太領域,電推進技術與國際先進水準同步。電推進制造商涌現,産品種類齊全,從霍爾推力器、射頻離子推力器,到脈衝電漿推進器及電阻式推力器都有所涉獵。國內商業衛星公司也成功地將電推進係統整合到組網衛星上,並且已在在軌試驗中取得了顯著成功。

  值得一提的是,國內電推進已有了完整的産品線,而核心技術如磁遮罩已經實現突破,為我國未來商業衛星的長壽命組網應用消除了關鍵的技術障礙。

  可以預見,電推進係統將在未來星座建設中大量應用,進一步推動我國航太事業的繁榮和發展。

來源:2023年11月1日出版的《環球》雜志 第22期

《環球》雜志授權使用,如需轉載,請與本刊聯繫。

更多內容敬請關注《環球》雜志官方微博、微信:“環球雜志”。

手機版