Page 112 - 《真空与低温》2025年第4期

张天平等：离子电推进发展历史回顾与启示（下） 527

子推力器成簇方案，如日本隼鸟采用 4 台 μ-10 推 念 [382] 。2018 年以来中国兰州空间技术物理研究所
力器簇、美国黎明号采用 3 台 NSTAR-30 推力器簇、 进行了环形离子与环形霍尔嵌套组合的混合推力
欧洲哥伦布采用 4 台 T6 推力器簇，其中有 1 台推 器研究 [424] ，6.5 kW 混合推力器试验样机如图 65 所
[29]
力器为备份，其余推力器根据任务优化可同时工作 示 ，其中内部霍尔为 1.5 kW、外围离子为 5 kW。
或组合工作 [318] 。 目前正在进行了 100 kW 功率的三环混合推力器方
2011 年，德国和俄罗斯在高功率高比冲 RIT- 案研究。
45 联合研制计划中，提出了基于核电源和 RIT-45
阴极

成簇的深空探测航天器方案，如图 63 所示 [269] ，配
备 4 簇、每簇 8 台、共计 32 台 RIT-45 离子推力器。 阳极
离化放电阴极
离化区域
阴极

供气

电磁线圈
霍尔加速阶段
图 63 基于推力器簇的核电推进航天器方案 （a）原理图
Fig. 63 Design of nuclear electric propulsion based on
thruster cluster

针对具体工程任务，一方面从系统可靠性设计
角度需配置推力器备份，另一方面从航天器布局角
度要求推力器数量最小化。综合考虑离子推力器
新产品的研制成本与周期、传统高功率离子推力
器的栅极尺寸约束，以及太阳能 / 核电源选择等因
素，推力器最优成簇方案与低成本、高可靠性工程 （b）实物图
实现方案之间的权衡，仍是值得研究的课题。 图 64 NASA-173GT 推力器

5.8 离子-霍尔混合推力器 Fig. 64 NASA-173GT thruster

2001 年前后，美国密西根大学进行了线性无
栅极离子推力器（LGIT）的研发，LGIT 试图融合离
子推力器和霍尔推力器的优势，采用双级工作原理，
即电离级采用直流放电离子推力器的高效放电室，
加速级采用霍尔推力器无浸没等离子电极的加速
机制，第一代推力器样机为 2 kW 功率级，线性设计
的扁长矩形几何结构 [421] 。
2023 年前后，在 NASA 资助下又研发了第二
代离子-霍尔混合推力器，试验样机代号为 NASA-
图 65 6.5 kW 离子-霍尔混合推力器实物照片
173GT，其工作原理及外形结构如图 64 所示 [422] ，直
Fig. 65 Prototype of 6.5 kW ion-Hall thruster
流放电电离级为锥柱形会切场，霍尔加速级为传统
环形通道，进行了单级（霍尔）和双级工作性能试验， 5.9 离子推力器寿命验证及可靠性量化评估

单级最高性能为 4.7 kW、178.8 mN、1 820 s，双级最 5.9.1 寿命验证技术发展
高性能为 5.78 kW、191 mN、1 948 s [423] 。 工作寿命一直是离子推力器工程应用的关键
美国在研究环形离子推力器时，就提出了环形 技术指标之一，提高工作寿命和验证工作寿命更是
离子与霍尔嵌套结构的离子-霍尔混合推力器概 离子推力器研制工作的重点内容之一。通过寿命