Page 120 - 《真空与低温》2025年第5期

张天平等：空间电推进技术概览—经典电推进 659

火星空间公司（Mars Space Ltd，MSL） [97-98] 等，开发 了外磁场，由此增强了洛伦兹力加速离子所需
的产品性能如表 4 所列，其中 RIAME 和 IRS 的两 的环向磁场强度，因此其稳态工作性能普遍优于
款代表性 APPT 产品如图 18 所示。 SF-MPDT。

推力 阴极
阳极
B θ
推进剂
J dis
等离
r 洛伦兹力
子体
（a）RIAME的APPT-45集成系统 （b）IRS的ADD SIMP-LEX θ
z
图 18 RIAME 和 IRS 的代表性 APPT 产品
Fig. 18 Representative products of RIAME and IRS 图 19 SF-MPDT 工作原理示意图

1.3.2 磁等离子体动力推力器 Fig. 19 Working mechanism of SF-MPDT
磁等离子体动力推力器（Magnetoplasma Dynamic 20 世纪 60 年代，美国詹尼尼科技公司（GSC）
Thruster，MPDT）基于洛伦兹力工作，因此，又被称 提出 MPDT 概念。MPDT 具有大推力、高比冲、高
为洛伦兹力加速器（Lorentz Force Accelerator，LFA）， 推力密度等显著特点，长期以来一直是各国发展空
在日本被称为 MPD 电弧推力器（MPD Arcjet） [99-100] 。 间应用主推进的首选推力器。尽管 MPDT 历史悠

MPDT 分 为 自 感 应 磁 场 （SF-MPDT）和 外 加 磁 场 久，但一直未能实现航天器工程应用。日本在 1980-
（AF-MPDT）两类。SF-MPDT 基本工作原理如图 19 1995 年 间 进 行 了 TANSEI-4、 SEPAC/Spacelab1 和
所示，推力器的阳极和阴极为同轴几何结构，两 EPEX/SFU 等空间飞行试验，试验所用推力器均为
电极之间的电弧放电形成径向电流，径向电流又 日本空间与宇航科学研究所（ISAS）研制的低功率
感应产生环向磁场，在放电电场和感应磁场中的离 脉冲工作 MPD 电弧推力器，其中 EPEX 飞行试验
子受到沿轴向的洛伦兹力作用，被加速喷出，产生 推力器使用肼推进剂、工作脉冲宽度为 150 μm、功
推力。AF-MPDT 与 SF-MPDT 的主要区别是增加 率小于 430 W、比冲大于 1 000 s，如图 20 所示 [101] 。

（a）EPEX飞行试验 （b）肼推进剂推力器

图 20 日本 EPEX 飞行试验的 MPD 电弧推力器
Fig. 20 EPEX Flight test of MPD Arcjet in Japan

美国、苏联（俄罗斯）、日本、德国、意大利、中 系统研究所（IRS）的 SX-3 [109] 、中国北京航空航天
国等都在开发 MPDT。不同发展阶段、不同类型 大学（BHU）的 MAT-100 [110] 、日本大阪技术研究所
MPDT 的总结和评述可参阅相关文献 [99，102-106] 。图 21 （OIT）的 PM-MPDT [111] 、意大利 ALTA 公司的 MPD-
为 1960-2020 年间世界各国的代表性 AF-MPDT [102] 100 [112] 、日本 ISAS 的 2D AFMPDT [113] 、俄罗斯莫斯
研 制 情 况 。表 5 列 出 了 近 20 年 研 制 的 代 表 性 科航空研究所（MAI）的 Li-MPD [114] 。MPDT 可选用
MPDT 的 基 本 性 能 ， 包 括 日 本 中 京 大 学 （Chukyo 多种推进剂，常用的有氩、氢、氙、氖、氨、锂等，其
University）的 2 cm-MPDT [107] 、日本东京都立大学 中锂的性能最好。MPDT 的工作模式包括脉冲（P）、
（TMU）的 MW-MPDT [108] 、德国斯图加特大学空间 准稳态（QS）和稳态（SS）。