中国航天大步迈向电推进时代

    本报通讯员 郭兆炜 刘之辉 本报记者 付毅飞

    由中国航天科技集团五院（中国空间技术研究院）510所自主研制的我国首台200毫米离子电推进系统，在经过我国“实践九号”卫星空间飞行试验验证后，迎来了正式应用于航天型号研制过程中最为关键的一步。日前该系统在长寿命地面考核试验中已持续工作超过一万小时，为其在我国人造卫星、载人飞船等航天器上的广泛应用铺平了道路。

    记者从五院获悉，未来中国航天将要开展火星、木星和库伯带小行星等一系列深空探测活动，要更经济、高效地完成这些任务，电推进技术将是不二选择。

    电推进技术将开启航天领域新革命

    关于电推进技术，五院专家评价说，它将开启航天领域又一次革命。

    正如汽车的核心是发动机一样，推进系统也是航天器的核心。相比以往航天器所用燃烧化学燃料排出炽热气体的推进方式，离子电推进技术采用的是喷出带电粒子或离子的新方式，具有大幅减少推进剂燃料、操控更灵活、定位更精准、推进速度增量更高等显著优势。因此，国际宇航界已将电推进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也成为各航天大国的共识。

    据美国国家航空航天局计算，离子电推进系统的推进能力是化学燃料的10倍，同时对发射窗口的要求也不那么严格。因此，该技术将是人类向更深更远太空进发的必备利器。

    五院510所所长张伟文表示，以往航天任务中，航天器需携带大量燃料，不仅占用空间，还大大增加了自身重量。以我国目前通信卫星主要采用的东方红4号卫星平台为例，卫星重量达到4.8吨，其中燃料占大部分，需要两个1400升的贮箱来容纳。但如果采用离子电推进系统，可节省燃料80%，使卫星“瘦身”至1.8吨。省出来的这些空间和重量，可以安装更多科学设备载荷，实现“一颗卫星抵多颗用”的新跨越，甚至航天器的研制模式都将从根本上发生改变，使空间活动的经济效益和太空科学探索的效率得到显著提升。

    1998年，美国探测彗星的深空1号首次将离子推进器作为主力推进系统用于深空飞行。目前国际上电推进技术的应用已日益广泛，2012年，美国完成了全电推进平台——波音702SP的设计；日本“隼鸟”太空探测器和欧洲“智能1号”太空船也对电推进技术进行了空间试验。

    我国电推进技术已达国际先进水平

    作为我国航天事业“国家队”，五院始终把自主创新作为改革发展的必由之路和根本保证，其所属510所也成为国内电推进技术研究及试验验证的“领跑者”。

    据介绍，上世纪70年代初，510所与国外宇航界同期启动开展了电推进技术攻关，准确选定了离子电推进这一目前国际电推进技术发展的主流方向，并成功研制了直径80毫米的汞离子电推进系统，该成果于1987年获得国家科技进步一等奖。随后十余年间，在没有具体型号任务牵引、缺乏经费支撑的困境中，该所坚守理想，保留核心专业研究队伍，自筹资金持续不断开展技术攻关，又成功研制了90毫米氙离子电推进系统。

    1999年，国家加大了对离子电推进系统发展的支持力度。510所趁势而发，在积极争取国家项目立项，取得集团、五院创新基金支持的同时，加大了自主投入力度，相继研制成功具有自主产权的电推进系统及其核心单机产品，在空心阴极与精密栅极组件设计和制造技术、气路高压绝缘技术、微小气体流量的精确控制技术等领域实现了全面突破。2007年该所从工程样机起步，在不到5年的时间里，研制成功200毫米离子电推进系统，走完了国外同阶段耗时近10年才走完的路。该系统装载在2012年发射的“实践九号”卫星上，经过长达一年的在轨飞行试验考验，表现优异。据专家评价，该系统已达到国际先进水平，一些主要技术指标优于国外同类产品。

    2015年有望全面应用于我国航天器

     近年来，电推进系统越来越受到青睐。目前国际上已发射和计划发射的离子电推进系统航天器数量已经突破50颗，数据分析显示，在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。面对竞争激烈国际宇航市场，我国如果不加快该技术的发展，意味着在未来竞争将失去主动权，甚至会把前一阶段辛苦打拼下来的国外市场份额拱手相让。

据介绍，510所将继续高擎引领我国电推进技术发展的大旗。张伟文表示，当前该所以国防科技重点实验室建设为契机，将电推进技术纳入国家级创新平台，并积极争取到民用航天预先研究、载人航天预先研究及国防基础科研等多方面支持，组建了一支专门从事电推进技术创新的研发队伍。该所自主投入研发了300毫米离子电推进系统等产品，可以满足我国未来东方红五号平台和全电推进卫星平台的应用；研制的100毫米、140毫米霍尔电推进系统，可以满足低轨卫星的轨道维持等推进需求。同时该所加快了新技术的试验验证，通过建造我国目前技术最先进、种类最齐全的电推进专用大型试验设备系统，开展了各类长寿命、高可靠试验，为电推进系统在我国航天器上广泛应用奠定了基础。

张伟文透露，预计2015年前后，510所自主研制的电推进系统将在我国航天器上全面应用，从而大大提升我国通信卫星系列平台、深空探测航天器、重力场测量卫星、载人航天空间站等航天器的整体技术水平和整器性能，进一步增强我国商业卫星的国际竞争力。

    （科技日报北京1月3日电）