[導(dǎo)讀] 中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院衛(wèi)星總體技術(shù)專(zhuān)家、通信衛(wèi)星項(xiàng)目總師總指揮周志成近日向科技日?qǐng)?bào)記者透露:“我國(guó)首顆全電推進(jìn)衛(wèi)星的成功研制指日可待,并有望在年內(nèi)具備推向市場(chǎng)的條件。

“當(dāng)前，我國(guó)研制應(yīng)用的全電推進(jìn)系統(tǒng)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并將全面邁入工程應(yīng)用階段，滿足通信衛(wèi)星系列平臺(tái)、高軌遙感平臺(tái)和深空探測(cè)器等發(fā)展需求。同時(shí)我國(guó)已完成全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)。”中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院衛(wèi)星總體技術(shù)專(zhuān)家、通信衛(wèi)星項(xiàng)目總師總指揮周志成近日向科技日?qǐng)?bào)記者透露：“我國(guó)首顆全電推進(jìn)衛(wèi)星的成功研制指日可待，并有望在年內(nèi)具備推向市場(chǎng)的條件?！?/p>

今年3月2日，美國(guó)波音公司研制的兩顆全電推進(jìn)衛(wèi)星——亞洲廣播衛(wèi)星-3A衛(wèi)星和歐洲通信衛(wèi)星115西B衛(wèi)星升空。這是全球首批發(fā)射入軌的全電推進(jìn)通信衛(wèi)星，意味著衛(wèi)星的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用空間正發(fā)生著重大變革。

記者從航天科技集團(tuán)五院了解到，不久的將來(lái)，我國(guó)全電推進(jìn)衛(wèi)星也將邁向深遠(yuǎn)的太空，在更多空間探測(cè)、技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

讓衛(wèi)星既“瘦身”又“強(qiáng)身”

全電推進(jìn)技術(shù)是采用電推進(jìn)系統(tǒng)取代化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)作為航天動(dòng)力的新型航天器設(shè)計(jì)技術(shù)。由于其具有高比沖的優(yōu)勢(shì)，可以將航天器的有效質(zhì)量提高到90%左右，衛(wèi)星發(fā)射重量大為減輕，同時(shí)降低對(duì)運(yùn)載火箭的承載能力要求。

周志成介紹說(shuō)，全電推進(jìn)技術(shù)可以使人類(lèi)以更低的成本進(jìn)入太空領(lǐng)域，必將深度改變通信衛(wèi)星的面貌，甚至直接影響高軌道運(yùn)載火箭市場(chǎng)；同時(shí)可以用更少的代價(jià)實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)深空探測(cè)、多目標(biāo)探測(cè)、取樣返回等具有大速度增量要求的空間探測(cè)任務(wù)。

他表示，采用全電推技術(shù)后，首先可使衛(wèi)星發(fā)射重量大幅降低，從目前主流的5至7噸降低到2至4噸，讓通信衛(wèi)星用更小、更便宜的火箭發(fā)射，減少用戶的項(xiàng)目投入。

其次，全電推技術(shù)可大大延長(zhǎng)通信衛(wèi)星的壽命。周志成說(shuō)，采用全電推技術(shù)后，燃料攜帶量將不再成為衛(wèi)星壽命的約束，通信衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命將普遍突破目前15年的上限，達(dá)到18至20年。

他介紹，全電推衛(wèi)星對(duì)空間電源的發(fā)電要求大為提高，進(jìn)入同步軌道后，多余的電能可以提供給通信載荷，讓通信能力更加強(qiáng)大，連接的用戶數(shù)目也將更多。此外借助衛(wèi)星的自主監(jiān)測(cè)、管理，可使衛(wèi)星的長(zhǎng)期運(yùn)行管理更智能，地面操作更簡(jiǎn)便，提升衛(wèi)星運(yùn)行的安全、可靠性。

發(fā)展電推進(jìn)技術(shù)成為各國(guó)共識(shí)

目前國(guó)際主流的通信衛(wèi)星平臺(tái)，早期都是基于化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。進(jìn)入上世紀(jì)90年代后期，各國(guó)為提升平臺(tái)能力而陸續(xù)實(shí)施改進(jìn)，加載了電推進(jìn)系統(tǒng)。

航天科技集團(tuán)公司五院510所所長(zhǎng)張偉文表示，現(xiàn)階段在軌運(yùn)行的衛(wèi)星上都配備一套電源系統(tǒng)，主要依靠太陽(yáng)能帆板獲取太陽(yáng)能，維持衛(wèi)星正常工作，而電推進(jìn)系統(tǒng)的電源正是來(lái)源于這套系統(tǒng)。

近年來(lái)，電推進(jìn)技術(shù)已在國(guó)外衛(wèi)星上成功實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用并走向成熟。

周志成介紹，目前美國(guó)波音公司和洛馬公司的電推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，應(yīng)用程度也更為深入。這兩家公司的通信衛(wèi)星都已采用了5千瓦量級(jí)大功率多模式電推力器，電推進(jìn)除用于南北位置保持外，還用于部分軌道轉(zhuǎn)移任務(wù)。其他公司如美國(guó)勞拉公司、軌道科學(xué)公司，歐洲泰雷茲公司、空客公司、OHB公司、日本三菱公司等，也在衛(wèi)星上采用了1千瓦量級(jí)的電推力器，主要用于南北位置保持任務(wù)。

2012年，波音公司率先提出全電推進(jìn)衛(wèi)星概念，其BSS-702SP全電推進(jìn)平臺(tái)一經(jīng)推出即獲得4顆衛(wèi)星訂單，從此引領(lǐng)了全球全電推進(jìn)衛(wèi)星的發(fā)展浪潮。近年來(lái)，全球主要衛(wèi)星制造商紛紛推出了全電推進(jìn)衛(wèi)星研制及發(fā)射計(jì)劃。

目前，國(guó)際宇航界已將電推進(jìn)技術(shù)列為未來(lái)十大尖端技術(shù)之一，并將其作為衡量未來(lái)大容量、長(zhǎng)壽命衛(wèi)星先進(jìn)性的重要“標(biāo)桿”。大力發(fā)展電推進(jìn)技術(shù)成為各航天大國(guó)的共識(shí)。資料顯示，目前國(guó)際上已發(fā)射和計(jì)劃發(fā)射的全電推進(jìn)系統(tǒng)航天器數(shù)量已經(jīng)突破50顆，未來(lái)國(guó)際宇航發(fā)射中采用電推進(jìn)系統(tǒng)的航天器所占比例將進(jìn)一步擴(kuò)大。

我國(guó)全電推進(jìn)系統(tǒng)已具備在軌應(yīng)用能力

對(duì)于電推進(jìn)技術(shù)，我國(guó)開(kāi)展了長(zhǎng)期科研攻關(guān)，有著堅(jiān)實(shí)的技術(shù)儲(chǔ)備。

周志成介紹，我國(guó)東方紅三號(hào)B衛(wèi)星平臺(tái)加載電推進(jìn)系統(tǒng)后，與美國(guó)勞拉公司、歐洲泰雷茲公司等相比，電推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用方案基本類(lèi)似，技術(shù)指標(biāo)水平相當(dāng)，平臺(tái)的性價(jià)比、載荷比達(dá)到或略優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)衛(wèi)星水平。目前五院通信衛(wèi)星事業(yè)部已將抓總開(kāi)發(fā)的東三B平臺(tái)、東四增強(qiáng)型平臺(tái)推向市場(chǎng)，新一代東五平臺(tái)的建設(shè)也在穩(wěn)步推進(jìn)。

在全電衛(wèi)星領(lǐng)域，我國(guó)與世界航天強(qiáng)國(guó)同時(shí)起步，并在關(guān)鍵技術(shù)上取得重要進(jìn)展。

2012年10月，我國(guó)實(shí)踐九號(hào)衛(wèi)星發(fā)射升空，對(duì)多種電推進(jìn)技術(shù)方案的正確性、在軌工作性能、與航天器的相容性以及長(zhǎng)期在軌工作能力進(jìn)行了成功驗(yàn)證，意味著我國(guó)全電推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)初步具備在軌應(yīng)用能力。

“通信衛(wèi)星上采用的電推力器主要有離子推力器和霍爾推力器兩種?！敝苤境烧f(shuō)，波音公司和日本衛(wèi)星主要采用離子推力器，勞拉、洛馬和泰雷茲、空客等公司主要采用霍爾推力器。兩種推力器本質(zhì)上一樣，都是用電能將惰性氣體氙氣電離，形成由離子和電子組成的等離子體，離子在電場(chǎng)作用下加速噴出，產(chǎn)生推力。不同的是，離子推力器的電離區(qū)和加速區(qū)分離，推力器效率更高，比沖更高，缺點(diǎn)是組成復(fù)雜，電源種類(lèi)多；霍爾推力器的電離區(qū)和加速區(qū)是合一的，因而體積更小，電源種類(lèi)少，缺點(diǎn)是比沖低，羽流角偏大?！斑@兩種推力器在國(guó)內(nèi)研制都取得了很大進(jìn)展，并在實(shí)踐九號(hào)衛(wèi)星上開(kāi)展了搭載試驗(yàn)。”他說(shuō)。

周志成表示，目前我國(guó)有多家單位完成大功率長(zhǎng)壽命多模式電推力器的樣機(jī)研制，并通過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定點(diǎn)火試驗(yàn)；小推力長(zhǎng)周期聯(lián)合姿軌控技術(shù)等其他關(guān)鍵技術(shù)也取得重要進(jìn)展，達(dá)到工程可用要求。同時(shí)我國(guó)已完成了全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)。“針對(duì)國(guó)內(nèi)外用戶需求，我國(guó)已經(jīng)完成多顆全電衛(wèi)星的項(xiàng)目建議書(shū)”。

預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)將實(shí)現(xiàn)千瓦級(jí)電推進(jìn)產(chǎn)品的批量化推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)快啟動(dòng)電推進(jìn)、多模式電推進(jìn)產(chǎn)品的可靠性提升，完成50千瓦量級(jí)大功率推力器主要關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。