[導讀] 中國航天科技集團公司五院衛(wèi)星總體技術(shù)專家、通信衛(wèi)星項目總師總指揮周志成近日向科技日報記者透露:“我國首顆全電推進衛(wèi)星的成功研制指日可待,并有望在年內(nèi)具備推向市場的條件。
“當前，我國研制應(yīng)用的全電推進系統(tǒng)已達到國際先進水平，并將全面邁入工程應(yīng)用階段，滿足通信衛(wèi)星系列平臺、高軌遙感平臺和深空探測器等發(fā)展需求。同時我國已完成全電推進衛(wèi)星平臺方案的詳細設(shè)計?！敝袊教炜萍技瘓F公司五院衛(wèi)星總體技術(shù)專家、通信衛(wèi)星項目總師總指揮周志成近日向科技日報記者透露：“我國首顆全電推進衛(wèi)星的成功研制指日可待，并有望在年內(nèi)具備推向市場的條件。”
今年3月2日，美國波音公司研制的兩顆全電推進衛(wèi)星——亞洲廣播衛(wèi)星-3A衛(wèi)星和歐洲通信衛(wèi)星115西B衛(wèi)星升空。這是全球首批發(fā)射入軌的全電推進通信衛(wèi)星，意味著衛(wèi)星的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用空間正發(fā)生著重大變革。
記者從航天科技集團五院了解到，不久的將來，我國全電推進衛(wèi)星也將邁向深遠的太空，在更多空間探測、技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
讓衛(wèi)星既“瘦身”又“強身”
全電推進技術(shù)是采用電推進系統(tǒng)取代化學推進系統(tǒng)作為航天動力的新型航天器設(shè)計技術(shù)。由于其具有高比沖的優(yōu)勢，可以將航天器的有效質(zhì)量提高到90%左右，衛(wèi)星發(fā)射重量大為減輕，同時降低對運載火箭的承載能力要求。
周志成介紹說，全電推進技術(shù)可以使人類以更低的成本進入太空領(lǐng)域，必將深度改變通信衛(wèi)星的面貌，甚至直接影響高軌道運載火箭市場；同時可以用更少的代價實現(xiàn)超遠深空探測、多目標探測、取樣返回等具有大速度增量要求的空間探測任務(wù)。
他表示，采用全電推技術(shù)后，首先可使衛(wèi)星發(fā)射重量大幅降低，從目前主流的5至7噸降低到2至4噸，讓通信衛(wèi)星用更小、更便宜的火箭發(fā)射，減少用戶的項目投入。
其次，全電推技術(shù)可大大延長通信衛(wèi)星的壽命。周志成說，采用全電推技術(shù)后，燃料攜帶量將不再成為衛(wèi)星壽命的約束，通信衛(wèi)星的設(shè)計壽命將普遍突破目前15年的上限，達到18至20年。
他介紹，全電推衛(wèi)星對空間電源的發(fā)電要求大為提高，進入同步軌道后，多余的電能可以提供給通信載荷，讓通信能力更加強大，連接的用戶數(shù)目也將更多。此外借助衛(wèi)星的自主監(jiān)測、管理，可使衛(wèi)星的長期運行管理更智能，地面操作更簡便，提升衛(wèi)星運行的安全、可靠性。
發(fā)展電推進技術(shù)成為各國共識
目前國際主流的通信衛(wèi)星平臺，早期都是基于化學推進系統(tǒng)設(shè)計的。進入上世紀90年代后期，各國為提升平臺能力而陸續(xù)實施改進，加載了電推進系統(tǒng)。
航天科技集團公司五院510所所長張偉文表示，現(xiàn)階段在軌運行的衛(wèi)星上都配備一套電源系統(tǒng)，主要依靠太陽能帆板獲取太陽能，維持衛(wèi)星正常工作，而電推進系統(tǒng)的電源正是來源于這套系統(tǒng)。
近年來，電推進技術(shù)已在國外衛(wèi)星上成功實現(xiàn)了工程應(yīng)用并走向成熟。
周志成介紹，目前美國波音公司和洛馬公司的電推進系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，應(yīng)用程度也更為深入。這兩家公司的通信衛(wèi)星都已采用了5千瓦量級大功率多模式電推力器，電推進除用于南北位置保持外，還用于部分軌道轉(zhuǎn)移任務(wù)。其他公司如美國勞拉公司、軌道科學公司，歐洲泰雷茲公司、空客公司、OHB公司、日本三菱公司等，也在衛(wèi)星上采用了1千瓦量級的電推力器，主要用于南北位置保持任務(wù)。
2012年，波音公司率先提出全電推進衛(wèi)星概念，其BSS-702SP全電推進平臺一經(jīng)推出即獲得4顆衛(wèi)星訂單，從此引領(lǐng)了全球全電推進衛(wèi)星的發(fā)展浪潮。近年來，全球主要衛(wèi)星制造商紛紛推出了全電推進衛(wèi)星研制及發(fā)射計劃。
目前，國際宇航界已將電推進技術(shù)列為未來十大尖端技術(shù)之一，并將其作為衡量未來大容量、長壽命衛(wèi)星先進性的重要“標桿”。大力發(fā)展電推進技術(shù)成為各航天大國的共識。資料顯示，目前國際上已發(fā)射和計劃發(fā)射的全電推進系統(tǒng)航天器數(shù)量已經(jīng)突破50顆，未來國際宇航發(fā)射中采用電推進系統(tǒng)的航天器所占比例將進一步擴大。
我國全電推進系統(tǒng)已具備在軌應(yīng)用能力
對于電推進技術(shù)，我國開展了長期科研攻關(guān)，有著堅實的技術(shù)儲備。
周志成介紹，我國東方紅三號B衛(wèi)星平臺加載電推進系統(tǒng)后，與美國勞拉公司、歐洲泰雷茲公司等相比，電推進系統(tǒng)的應(yīng)用方案基本類似，技術(shù)指標水平相當，平臺的性價比、載荷比達到或略優(yōu)于國外同類衛(wèi)星水平。目前五院通信衛(wèi)星事業(yè)部已將抓總開發(fā)的東三B平臺、東四增強型平臺推向市場，新一代東五平臺的建設(shè)也在穩(wěn)步推進。
在全電衛(wèi)星領(lǐng)域，我國與世界航天強國同時起步，并在關(guān)鍵技術(shù)上取得重要進展。
2012年10月，我國實踐九號衛(wèi)星發(fā)射升空，對多種電推進技術(shù)方案的正確性、在軌工作性能、與航天器的相容性以及長期在軌工作能力進行了成功驗證，意味著我國全電推進系統(tǒng)已經(jīng)初步具備在軌應(yīng)用能力。
“通信衛(wèi)星上采用的電推力器主要有離子推力器和霍爾推力器兩種?！敝苤境烧f，波音公司和日本衛(wèi)星主要采用離子推力器，勞拉、洛馬和泰雷茲、空客等公司主要采用霍爾推力器。兩種推力器本質(zhì)上一樣，都是用電能將惰性氣體氙氣電離，形成由離子和電子組成的等離子體，離子在電場作用下加速噴出，產(chǎn)生推力。不同的是，離子推力器的電離區(qū)和加速區(qū)分離，推力器效率更高，比沖更高，缺點是組成復(fù)雜，電源種類多；霍爾推力器的電離區(qū)和加速區(qū)是合一的，因而體積更小，電源種類少，缺點是比沖低，羽流角偏大?！斑@兩種推力器在國內(nèi)研制都取得了很大進展，并在實踐九號衛(wèi)星上開展了搭載試驗?！彼f。
周志成表示，目前我國有多家單位完成大功率長壽命多模式電推力器的樣機研制，并通過了長時間穩(wěn)定點火試驗；小推力長周期聯(lián)合姿軌控技術(shù)等其他關(guān)鍵技術(shù)也取得重要進展，達到工程可用要求。同時我國已完成了全電推進衛(wèi)星平臺方案的詳細設(shè)計。“針對國內(nèi)外用戶需求，我國已經(jīng)完成多顆全電衛(wèi)星的項目建議書”。
預(yù)計到2020年，我國將實現(xiàn)千瓦級電推進產(chǎn)品的批量化推廣應(yīng)用，實現(xiàn)快啟動電推進、多模式電推進產(chǎn)品的可靠性提升，完成50千瓦量級大功率推力器主要關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
