Page 115 - 《真空与低温》2025年第4期
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530                                         真空与低温                                   第 31 卷 第  4  期


              延长工作寿命、提高通信服务质量等显著的经济                             英国和中国继续专注于发展直流放电式离子电推
              效益和技术效益,仅通信卫星有效载荷增加或工作                            进。最后是离子推力器性能及应用目标的调整,离
              寿命延长,产生的经济效益呈数倍增长。                                子推力器性能从初期发展阶段追求高性能,调整为
                  由此可见,离子电推进从初始概念到工程应用,                         兼顾工作可靠性及寿命前提下的性能满足工程应
              经历了    50 多年的漫长过程,其中新概念和新技术                       用需求,发展应用目标缩小为通信卫星位保辅助推
              被行业内接受花费了近             10 年时间,汞离子电推进              进和中小型机器人深空探测主推进,且以通信卫星
              工程化研制及验证周期长达               10 多年,工程应用准            位保辅助推进为优先目标。
              备不足或条件不充分又浪费了                10 多年时间,从汞                正是中期发展阶段各国离子推力器发展技术
              推进剂到氙气推进剂的技术进步又花费了                     10 多年      路线的调整,形成了当代发展阶段各国离子电推进
              的产品研制周期。                                          走向技术成熟和产品工程应用的态势。美国的

              6.1.2 离子电推进发展技术路线选择重要且关键                          XIPS  离子推力器实现了通信卫星南北位保、全位
                  在离子电推进发展历程中,不同国家在不同发                          保、全电推进(轨道转移和全位保)应用,NSTAR-
              展阶段所采用的离子电推进技术路线,具有显著的                            30 和  NEXT-C  离子推力器成功应用于          DS-1、DAWN、
              地域和时域特性,也对当前的离子电推进发展现状                            DART  等深空探测主推进任务;德国的                  RIT-10 成
              起到了决定性影响。                                         功应用于     Artemis 卫星,并完成了非预期的轨道转
                  初期发展阶段,离子电推进技术路线呈现百花                          移任务,挽救了一颗价值不菲的卫星;英国的                      T5 离
              齐放的状态,美国率先发明了直流放电(电子轰击)                           子电推进成功应用于           GOCE   卫星的无拖曳控制任
              式离子推力器和表面接触式离子推力器,德国在发                            务,T6 离子推力器成功应用于水星探测航天任务;
              明了射频放电式离子推力器的同时,跟随了美国的                            日本的    μ-10 微波放电离子推力器后来居上,成功应
              电子轰击式离子推力器研究方向,苏联发明了震荡                            用于隼鸟一号和二号小行星采样返回任务,IES-12
              放电式离子推力器,英国、日本、中国跟随了美国                            离子推力器应用于          DS-200 平台通信卫星南北位保
              的直流放电式离子推力器研究方向,法国同时跟随                            任务;中国的       LIPS  系列离子推力器成功应用于多
              了美国的直流放电式和表面接触式离子推力器研                             个通信卫星平台的南北位保、全位保、轨道转移等
              究方向,当时的表面接触式离子推力器均采用铯推                            任务,包括低轨卫星的轨道控制任务。
              进剂,而其他类型离子推力器绝大多数采用汞和铯                                 在当代发展阶段,离子电推进的技术发展路线
              推进剂,少部分曾研究过氙气、氩气等推进剂。                             仍然处在不断调整之中,这既是离子电推进应用需
                  经过初期发展阶段的研制与飞行验证,特别是                          求变化的要求,也是离子电推进自身技术发展的必
              美国直流放电式离子推力器和表面接触式离子推                             然,其中最主要的有两个方面:
              力器的竞争结束后,中期发展阶段的离子电推进技                                 一是离子推力器的微小型化和高功率化。微
              术路线发生了重大变化。首先是用惰性的氙气推                             小型化是为了满足小卫星、微纳卫星及其星座的
              进剂替代了化学活性的汞推进剂,氙气作为惰性气                            应用需求。传统离子电推进中微波和射频类型更
              体,相对汞推进剂而言,对推力器性能没有明显影                            具优势,美国、德国、日本、中国、法国都在进行产
              响,但在简化推力器放电室的结构和推进剂贮供系                            品开发研制,并且已经有产品飞行应用。高功率化
              统,解决离子电推进系统及其与航天器兼容性,消                            离子推力器的应用目标包括基于核电能的深空探
              除汞推进剂毒性和腐蚀性等方面优势突出。其次                             测和基于太阳能电池的货运飞船等,尽管需求明确,
              是表面接触式离子推力器被放弃,其根本原因在于                            但离子推力器的发展缓慢,传统直流放电和射频放
              表面接触式离子推力器在数次飞行试验中的失效                             电离子推力器的最高功率不会超过                   100 kW,并且
              或故障,再加上表面接触式在高功率发展方向上的                            研制难度大、周期长,采用成簇推力器是一条不得
              明显劣势,其淘汰在所难免。再次是各国调整了离                            不选的技术途径。
              子电推进发展技术路线,法国和苏联不再发展离子                                 二是技术互通、融合发展。当代发展阶段除
              电推进,而专注于发展霍尔电推进;德国放弃了直                            了日本和德国继续坚持原来的技术发展路线外,其
              流放电离子电推进,而专注于发展射频放电离子电                            他各国在离子电推进发展技术路线上已经开始了
              推进;日本在继续发展直流放电式离子电推进的同                            技术互通式的融合发展。美国在小功率射频和高
              时,发明并大力发展了微波放电离子推力器;美国、                           功率微波离子推力器方面获得突破。中国在小功
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