Page 121 - 《真空与低温》2025年第4期
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536 真空与低温 第 31 卷 第 4 期
命及电推进任务，确定并提出离子电推进系统全部 推进故障，都可以称之为勇于追求成功、坦然面对
研制要求，包括技术要求、产品保证要求、计划进 失败的典范。
度要求等，以研制合同附件形式下达给系统牵头单 传统离子电推进经过长期经验积累，在设计、
位。系统牵头单位对总体单位的研制要求进行分 验证、评价可靠性方面已经形成了一套行之有效
解和细化，分别形成各单机的全部研制要求，以研 的方法：一是确认离子推力器存在的失效模式；二是
制合同附件形式下达给单机研制单位。单机研制 针对这些失效模式在设计上采取消除或抑制措施；
单位完成产品研制全部流程后，单机产品交付系统 三是对采取措施的有效性及实际效果进行试验验
牵头单位，系统牵头单位在完成规定的系统级联试 证，如果没有达到效果，进行再设计再验证，直到满
后，系统产品交付航天器总体单位，后续完成航天 足要求为止；四是对工程样机或原型样机产品进行
器总装集成、发射和在轨工作运行等。 模拟任务工作剖面的长期工作累计试验，获得主要
以上只是理想情况，在实际航天器工程研制中， 失效模式发展演化过程的监测数据；五是基于监测
航天器任务细化论证、离子电推进系统研制要求 数据和失效模式演化数理模型，对主要失效模式进
确定、开展单机产品研制等往往是同时开始，不断 行推演性分析评价，并找出其中的关键失效模式；
迭代推进。这就需要大量的技术协调工作，系统牵 最后对关键失效模式发生的可能性，针对航天器工
头单位在其中起着最重要的作用。从更有利于离 程任务进行概率性评估，确定失效概率在容许阈值
子电推进发展的角度看，航天器总体单位、电推进 以下。
系统单位、单机产品研发单位，都应参与到离子电 总之，在全面分析和量化评估应用离子电推进
推进发展规划制定、规划项目计划实施、离子电推 风险的基础上，如果风险水平处于可接受范围，航
进产品研制和产品应用的全领域、全过程。 天器总体就应该放心使用。
6.2.6 勇于追求成功，坦然面对失败 6.2.7 离子电推进应用发展领域
绝大部分航天器因具有不可维修性而存在着 迄今为止，离子电推进在航天工程中的主导应
较高风险，离子电推进的复杂性在一定程度上增加 用为 GEO 通信卫星位置保持，扩展应用为深空探
了风险。在离子电推进空间飞行试验和工程正式 测航天器主推进和 GEO 卫星轨道转移，支撑性应
应用的历史进程中，曾经出现过不少在轨异常、故 用为科学实验卫星的无拖曳控制。基于离子电推
障和失效，我们对这些情况进行了汇总和统计分 进发展现状及未来期望，结合航天工程未来发展与
[31]
析 ，对进一步减少故障、预防失效、降低风险具 应用需求，可以预计的离子电推进应用领域未来发
有重要参考价值。 展趋势为：
失败是成功之母，中国这句富含哲理的话，在 （1）轨道转移主推进是后续及未来很长时间内
离子电推进应用工程中得以充分体现。日本隼鸟 最具增量和发展前景的应用，特别是星际深空探测
一号航天器上发生了多台离子推力器中和器的失 任务，离子电推进的高比冲和高效率成为满足这类
效，经过分析和地面验证确认为溅射沉积物剥离所 应用需求的最佳选择。以往已经实施的深空探测
致，进行了中和器的技术改进后，在隼鸟二号航天 任务已经充分证明了这点 [318] 。后续任务将是离子
器上再没有出现中和器失效，表明这一失效模式已 电推进主导的继续，例如 ESA 和 NASA 正在进行
经被有效抑制。美国 XIPS-13 离子推力器在 BSS- 的火星采样返回任务中，地球轨道返回器计划采
601HP 平台的应用，是世界上首次离子电推进用于 用 RIT-2X 或 T6 离子电推进系统 [453-454] 。
商业通信卫星，但不幸的是在 6 颗该平台卫星上发 （2）未来空间科学试验任务，如空间基础物理
生了离子电推进系统的失效，造成了卫星服役寿命 学、空间引力波探测、精细引力场测量等，都需要
提前终结的重大事件。波音公司找出的失效原因 高品质的航天器无拖曳控制或精密编队飞行控制。
为离子推力器束流溅射沉积所致 PPU 失效，通过 近年来基于 T5 离子电推进的数十毫牛推力范围无
改进 PPU 设计、增加抗沉积防护彻底解决了这一 拖曳控制能力已经在 GOCE 航天器上得到了验证，
问题，其后发射的近二十颗卫星上没有再发生一例 RIT-μX 离子电推进在几十到数百微牛推力范围的
离子电推进失效的情况。可以说，日本两次小行星 精密调节能力也已经超过原来一直看好的胶体电
采 样 返 回 任 务 的 接 连 实 施， 波 音 公 司 及 时 消 除 推进和 FEEP 电推进。因此可以预期，离子电推进
PPU 失效模式，确保后续发射卫星不再发生离子电 将是未来空间科学试验任务的不二应用选择，并且
