http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2015-06-20
“当前，我国研制应用的全电推进系统已达到国际先进水平，并将全面迈入工程应用阶段，满足通信卫星系列平台、高轨遥感平台和深空探测器等发展需求。同时我国已完成全电推进卫星平台方案的详细设计。”中国航天科技集团公司五院卫星总体技术专家、通信卫星项目总师总指挥周志成近日向科技日报记者透露：“我国首颗全电推进卫星的成功研制指日可待，并有望在年内具备推向市场的条件。”
今年3月2日，美国波音公司研制的两颗全电推进卫星——亚洲广播卫星-3A卫星和欧洲通信卫星115西B卫星升空。这是全球首批发射入轨的全电推进通信卫星，意味着卫星的技术发展和应用空间正发生着重大变革。
记者从航天科技集团五院了解到，不久的将来，我国全电推进卫星也将迈向深远的太空，在更多空间探测、技术应用领域发挥重要作用。
让卫星既“瘦身”又“强身”
全电推进技术是采用电推进系统取代化学推进系统作为航天动力的新型航天器设计技术。由于其具有高比冲的优势，可以将航天器的有效质量提高到90%左右，卫星发射重量大为减轻，同时降低对运载火箭的承载能力要求。
周志成介绍说，全电推进技术可以使人类以更低的成本进入太空领域，必将深度改变通信卫星的面貌，甚至直接影响高轨道运载火箭市场；同时可以用更少的代价实现超远深空探测、多目标探测、取样返回等具有大速度增量要求的空间探测任务。
他表示，采用全电推技术后，首先可使卫星发射重量大幅降低，从目前主流的5至7吨降低到2至4吨，让通信卫星用更小、更便宜的火箭发射，减少用户的项目投入。
其次，全电推技术可大大延长通信卫星的寿命。周志成说，采用全电推技术后，燃料携带量将不再成为卫星寿命的约束，通信卫星的设计寿命将普遍突破目前15年的上限，达到18至20年。
他介绍，全电推卫星对空间电源的发电要求大为提高，进入同步轨道后，多余的电能可以提供给通信载荷，让通信能力更加强大，连接的用户数目也将更多。此外借助卫星的自主监测、管理，可使卫星的长期运行管理更智能，地面操作更简便，提升卫星运行的安全、可靠性。
发展电推进技术成为各国共识
目前国际主流的通信卫星平台，早期都是基于化学推进系统设计的。进入上世纪90年代后期，各国为提升平台能力而陆续实施改进，加载了电推进系统。
航天科技集团公司五院510所所长张伟文表示，现阶段在轨运行的卫星上都配备一套电源系统，主要依靠太阳能帆板获取太阳能，维持卫星正常工作，而电推进系统的电源正是来源于这套系统。
近年来，电推进技术已在国外卫星上成功实现了工程应用并走向成熟。
周志成介绍，目前美国波音公司和洛马公司的电推进系统应用最为广泛，应用程度也更为深入。这两家公司的通信卫星都已采用了5千瓦量级大功率多模式电推力器，电推进除用于南北位置保持外，还用于部分轨道转移任务。其他公司如美国劳拉公司、轨道科学公司，欧洲泰雷兹公司、空客公司、OHB公司、日本三菱公司等，也在卫星上采用了1千瓦量级的电推力器，主要用于南北位置保持任务。
2012年，波音公司率先提出全电推进卫星概念，其BSS-702SP全电推进平台一经推出即获得4颗卫星订单，从此引领了全球全电推进卫星的发展浪潮。近年来，全球主要卫星制造商纷纷推出了全电推进卫星研制及发射计划。
目前，国际宇航界已将电推进技术列为未来十大尖端技术之一，并将其作为衡量未来大容量、长寿命卫星先进性的重要“标杆”。大力发展电推进技术成为各航天大国的共识。资料显示，目前国际上已发射和计划发射的全电推进系统航天器数量已经突破50颗，未来国际宇航发射中采用电推进系统的航天器所占比例将进一步扩大。
我国全电推进系统已具备在轨应用能力
对于电推进技术，我国开展了长期科研攻关，有着坚实的技术储备。
周志成介绍，我国东方红三号B卫星平台加载电推进系统后，与美国劳拉公司、欧洲泰雷兹公司等相比，电推进系统的应用方案基本类似，技术指标水平相当，平台的性价比、载荷比达到或略优于国外同类卫星水平。目前五院通信卫星事业部已将抓总开发的东三B平台、东四增强型平台推向市场，新一代东五平台的建设也在稳步推进。
在全电卫星领域，我国与世界航天强国同时起步，并在关键技术上取得重要进展。
2012年10月，我国实践九号卫星发射升空，对多种电推进技术方案的正确性、在轨工作性能、与航天器的相容性以及长期在轨工作能力进行了成功验证，意味着我国全电推进系统已经初步具备在轨应用能力。
“通信卫星上采用的电推力器主要有离子推力器和霍尔推力器两种。”周志成说，波音公司和日本卫星主要采用离子推力器，劳拉、洛马和泰雷兹、空客等公司主要采用霍尔推力器。两种推力器本质上一样，都是用电能将惰性气体氙气电离，形成由离子和电子组成的等离子体，离子在电场作用下加速喷出，产生推力。不同的是，离子推力器的电离区和加速区分离，推力器效率更高，比冲更高，缺点是组成复杂，电源种类多；霍尔推力器的电离区和加速区是合一的，因而体积更小，电源种类少，缺点是比冲低，羽流角偏大。“这两种推力器在国内研制都取得了很大进展，并在实践九号卫星上开展了搭载试验。”他说。
周志成表示，目前我国有多家单位完成大功率长寿命多模式电推力器的样机研制，并通过了长时间稳定点火试验；小推力长周期联合姿轨控技术等其他关键技术也取得重要进展，达到工程可用要求。同时我国已完成了全电推进卫星平台方案的详细设计。“针对国内外用户需求，我国已经完成多颗全电卫星的项目建议书”。
预计到2020年，我国将实现千瓦级电推进产品的批量化推广应用，实现快启动电推进、多模式电推进产品的可靠性提升，完成50千瓦量级大功率推力器主要关键技术攻关。
（科技日报北京5月14日电）
[中青网-科技日报]