Page 119 - 《真空与低温》2025年第4期
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534 真空与低温 第 31 卷 第 4 期
淆，包括非国家投入而由私企或商业公司研制的电 也就是更高的比冲。对加速等离子体的推力器而
推进，商业化公司航天器应用的电推进，以商业盈 言，施加的电场只能在局部发挥作用，并且要与等
利（经济效益）为目的应用电推进，国家任务或军事 离子密度匹配，否则会破坏放电稳定性，因此加速
航天任务应用商业电推进等，而离子电推进的商品 电压受到限制，最高比冲相应有限。
化（商业化）研制，是指按照产品的商品化属性研制 因此，相对其他类型电推进，离子推力器的显
离子推力器产品，也就是说研制出来的是“价廉物 著优势是比冲高、效率高，比冲和推力性能可宽范
美”的离子推力器产品，通过商品化研制，离子推力 围调节，主要缺憾是离子推力器尺寸较大。受此影
器产品从“好用”升格为“就用它”。离子电推进的 响，传统离子推力器高功率化受到的约束，只能通
商品化（商业化）研制起步于 2015 年前后，目前已 过多环离子推力器、推力器簇、分区离子推力器等
有初步结果，如 NEXT-C、BIT-3、NPT-30I2 等，但 方式实现。
大 部 分 正 在 发 展 进 程 中， 如 T5、 RIT-LC、 LIPS- 直流放电、射频放电、微波放电等三类离子推
200A 等，甚至有些还没有启动。但总体来说，离子 力器之间的工作性能差异，大致情况为：高功率
推力器商品化研制的发展趋势不会逆转。 （10 kW 以上）情况下直流放电会切场离子推力器
6.2 离子电推进未来发展主要启示 性能占优，不仅效率高，而且束流均匀可保证栅极
回顾历史的主要目的，在于总结成功经验，吸 长寿命。在中功率（1～10 kW）范围内，直流放电和
取失败教训，能够承前启后。在完成离子电推进发 射频放电离子推力器具有相对性能优势。小功率
展历史总结的基础上，这里梳理了有助于持续发展 （300～1 000 W）范围内，三类离子推力器性能相当。
好离子电推进的几点启示，以起到抛砖引玉的作用。 微小功率（小于 300 W）范围内，射频放电和微波放
6.2.1 正确认识离子电推进 电离子推力器具有性能优势。从性能调节能力看，
离子电推进属于静电类型电推进的一种，在工 由 强 到 弱 的 排 序 为 直 流 放 电、 射 频 放 电 、 微 波
作原理上显著区别于其他电推进的有两个方面：一 放电。
是离子的产生和离子的加速是相对分离的，二是加 离子推力器的以上特点，值得在离子推力器产
速区只有离子而没有电子。 品开发和工程应用中高度关注，例如不同类型离子
离子产生与加速的相对分离，使得宽范围地调 推力器的性能优势范围，对确定型谱离子推力器产
节离子推力器性能非常便利，在同样放电室工作条 品技术路线选择非常有用；离子推力器性能的优点
件下，通过改变加速电压即可实现比冲性能调节， 与缺憾，对工程选用电推进类型及如何发挥好离子
在同样加速电压条件下，通过改变放电室工作状态 电推进的效能非常重要。
即可实现推力性能调节。由于放电室工作（离子产 6.2.2 离子电推进发展规划与实施计划
生）与栅极工作（离子加速）之间为弱耦合，无论是 无论从过去的经验看，还是从未来发展的需求
比冲调节还是推力调节都可以实现宽范围，并且在 看，制定国家层面的离子电推进发展规划非常重要
每个调节状态下都可以分别优化栅极和放电室，从 也非常必要，国家规划是离子电推进发展的首要外
而保证离子推力器的高效率。而离子产生和离子 部推动力。发展规划的制定应综合航天工程应用
加速高度耦合的霍尔推力器，之所以难以实现性能 需求与电推进专业发展需求，应涵盖近期、中期和
宽范围调节，其根本原因在于一旦偏离了强耦合最 远期发展阶段。
优工作状态，推力器的效率就显著下降。 一种新型离子电推进从技术开发、工程研制、
栅极加速区只有离子没有电子，可以说有利有 最终到工程应用，是一个相对漫长的过程，10 年以
弊，加速区只有一种离子时，受空间电荷效应（C-L 上甚至 20 年都有可能，其经费投入数额至少为
定律）影响，存在空间电荷密度上限，也就是说离子 千万元量级，如果没有国家规划支持，完全依靠企
推力器能够加速的离子密度，要远低于电磁类型推 业去完成，其难度太大。国家航天发展规划与离子
力器能够加速的等离子体密度，由此导致离子推力 电推进发展规划是紧密相关的，需要在国家层面上
器的推力密度要远低于电磁类型推力器，这就是同 进行协调一致，贯通为应用而研发、研发保应用
样功率或推力下离子推力尺寸较大的根源。但从 这一基本路线图。
另一方面来说，只加速一种离子时，可以用强电场 离子电推进发展规划的实施都是分阶段、分
或多次（多级）加速方法，实现更高的离子喷射速度， 项目进行的，发展规划在具体的实施计划执行中应
