Page 116 - 《真空与低温》2025年第4期
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张天平等:离子电推进发展历史回顾与启示(下) 531
率射频和微波离子推力器方面已有多家研制单位 终保留下来的离子推力器失效模式都集中在空心
参与。俄罗斯重拾离子推力器技术发展,KeRC 研 阴极和栅极组件上,并且针对具体工程任务需求可
制了系列 IT 样机。英国开始研制永磁体会切场直 采取优化折中措施。
流放电推力器。法国 ThrustMe 公司研制的小功率 技术创新是非传统离子电推进发展的首要内
射频离子推力器已经成功应用。这一发展态势,不 在驱动力。进入 21 世纪后,非传统离子电推进发
仅表明了离子电推进应用市场竞争的日益加剧,也 展呈现迅速增长态势,例如环形甚至多环的高功率
显示了非传统企业(研制单位)步入离子电推进发 离子推力器,双级甚至多级加速超高比冲离子推力
展队伍的作用及实力。 器,无中和器的射频离子推力器,PEGASES 离子推
6.1.3 离子电推进发展的主要内在驱动力和外部 力器等。里面的逻辑关系很简单,要想突破传统,
推动力 非技术创新不可。
20 世纪 60 年代,电推进作为一种工程可用的 航天工程应用需求牵引是离子电推进发展的
空间先进推进技术,获得航天界的普遍认同和接受 次要内在驱动力。技术发展不同于科学发展,离子
以后,离子电推进开始了以组织和专业为研究主体 电推进技术发展的最初目标就是满足航天工程应
的发展模式,同时也正式步入了以技术开发、产品 用需求,这一目标在近百年的发展中一直坚持,始
研制和工程应用为主要内容的专业技术发展道路。 终未变。初期发展阶段尽管对离子电推进航天工
回顾这 70 多年的离子电推进专业技术发展历史, 程应用进程的预测过于乐观,但离子电推进的前半
非常有必要对驱动发展的内在动力和外部动力进 阶段繁荣发展正是航天工程应用乐观预测的牵引
行分析总结。 结果,而后半阶段的萧条甚至中断也是应用需求牵
技术进步是传统离子电推进发展的首要内在 引丢失的结果。中期发展阶段通信卫星位保应用
驱动力。离子推力器与其他航天产品一样,都追求 和轨道转移主推进应用的牵引更为直接和强劲,直
高性能、高可靠、长寿命。离子推力器的高性能主 接成就了中功率氙离子电推进的工程化和产品化。
要体现在高比冲、高效率和宽范围的性能(推力) 特别是修斯公司内部通信卫星平台与 XIPS 离子电
调节能力等方面,其中高比冲是相对其他电推进的 推进的相互促进,在世界上首先完成了离子电推进
优势性能所在,高效率是离子电推进的综合优势性 的工程应用,DS-1 深空探测任务与 NSTAR-30 离
能表征,宽范围的推力调节能力是离子电推进工程 子推力器的相互成就也是一样。当代发展阶段中
应用适用范围宽广度的支撑。(1)为实现高效率, 国离子电推进的发展更能说明航天工程应用需求
通过会切磁场放电室、具有大面积体积比的放电 的牵引驱动作用。中国通信卫星一直处于追赶世
室几何等技术进步不断降低离子产生成本,提高推 界先进水平的路上,21 世纪初期通信卫星总体就
进剂利用率,通过小间距大开孔率栅极等技术进步 已经深刻认识到离子电推进的支撑作用,在 DFH-
提高放电室离子引出效率,通过小孔径空心阴极等 3B、DFH-4E、DFH-5、DFH-3E 等通信卫星平台的
技术进步降低中和器的推进剂流率和功率消耗。 直接牵引下,兰州空间技术物理研究所先后研制
(2)由于离子推力器的放电过程和离子引出过程相 了 LIPS-200、LIPS-300、LIPS-200A 等离子电推进
互独立,具有宽范围调节能力是其先天优势,T5 离 产 品, 并 获 得 成 功 应 用 , 使 得 DFH-4E、 DFH-5、
子推力器采用磁场、放电电流、推进剂流率相互配 DFH-3E 平台卫星的技术水平跨入世界先进行列。
合的调节方式,把调节范围和调节精度发挥到了极 LIPS-300S 更是直接针对深空探测任务 TW-2 工程
致,RIT-µX 离子推力器通过射频功率和流率调节 应用研制的高性能多模式离子推力器,目前已经完
的组合,也实现了超高稳定度、超高推力分辨率的 成产品交付,TW-2 计划 2025 年发射。
精确调节能力。(3)为实现高可靠性,逐步淘汰了 国家计划及项目实施是离子电推进发展的最
铯表面接触式离子推力器,汞推进剂换为氙气推进 重要外部推动力。一个国家的电推进发展计划都
剂,极大简化了推进剂贮供系统和推力器的放电室 是分阶段制定与分项目实施的,甚至有执行过程中
结构。用曲面栅替代平面栅,极大提高了栅极组件 的调整,离子电推进国家发展计划是其中的重要组
的力、热环境适应性和工作可靠性。(4)为保证长 成部分。国家计划及项目实施之所以成为最重要
寿命,对离子推力器的十多种失效模式进行了试验 的外部推动力,主要原因包括离子电推进系统技术
确认,对每种失效模式采取了抑制或消除措施,最 复杂性和投资规模较大,航天技术是国家综合实力