离子电推进技术的发展现状与未来

离子电推进是最具代表性和技术成熟度的电推进技术类型之一。本文从放电室技术、离子光学系统技术、放电阴极和中和器阴极技术的优势、缺憾等方面,总结了离子电推进的技术发展现状。针对未来航天任务对离子电推进更大功率、更高比冲、更简系统等新需求,分析了传统离子电推进所面临的主要技术挑战,梳理出了环型离子电推进、双级加速离子电推进、自中和离子电推进、螺旋波放电离子电推进等创新离子电推进技术发展的未来方向。     

兰州空间技术物理研究所电推进新进展

兰州空间技术物理研究所是我国电推进技术研究和产品研制的主要单位。2014年兰州空间技术物理研究所在电推进发展中取得了多方面的重要进展,分别从空间飞行试验、型号产品研制、新产品开发、专业技术基础研究等方面进行了总结性的系统介绍。空间飞行试验包括了SJ-9A卫星离子电推进系统和XY-2卫星霍尔电推进系统,型号产品研制包括了DFH-3B平台首发卫星LIPS-200离子电推进系统、DFH-5卫星平台和全电推进卫星平台的LIPS-300离子电推进系统及LEO大型航天器主动电位控制系统,正在研发的新产品包括LIPS-200+,LIPS-100和LIPS-400等离子推力器及LHT-140霍尔推力器,电推进专业技术基础研究工作主要包括栅极组件工作寿命分析及概率性评估、放电室性能分析及优化以及基于等离子体能量沉积的推力器热分析等。     

国内外先进推进技术发展综述

航天运输领域发展的核心目标包括提高运载能力、降低发射成本及减少发射准备时间等。相对于传统的化学推进技术,先进推进技术采用新能源或新机理,旨在从根本上满足未来对有效载荷、发射成本和发射周期的要求。对国内外组合动力装置、核聚变动力推进、离子推进、激光推进、核子脉冲推进、太阳帆推进、磁场帆推进、布萨德喷气推进、反物质推进等先进推进技术的研究进展进行综述和可行性分析,并给出了发展启示。     

空间电推进应用及技术发展趋势

充分调研分析了国外空间电推进技术及典型应用情况,详细介绍了电推进在GEO卫星位置保持和轨道转移、深空探测主推进、中低轨道航天器无拖曳控制与高精度姿态控制、空间太阳能电站轨道维持等领域的空间应用情况。对电推进在国内不同领域的应用需求进行了分析,包括GEO卫星位置保持和全电推进、近地小行星探测等深空探测主推进、低轨航天器无拖曳控制和轨道维持、(超)低轨小卫星编队飞行及(微)小卫星精确轨道控制和空间太阳能电站轨道维持等任务。电推进技术正朝着高功率、大推力、低功率、微小推力、宽功率范围推力连续可调、高比冲、长寿命和多模式方向发展。针对电推进在不同应用领域的需求及电推进技术发展方向,提出了我国未来20年拟开展的电推进技术研究项目。     

空间推进技术需求与发展分析

在分析国内外空间推进技术（内容涵盖了星、船、弹、箭、器等领域）现状的基础上,梳理了空间推进技术的发展趋势和对我国的启示。在对未来任务和技术需求分析的基础上,对空间推进技术的发展趋势进行了预测,对存在的差距进行了分析,提出了发展思路和重点发展方向建议。     

《固体火箭技术》专刊征稿启事

正为了全面展示固体动力技术领域的新成果、把握专业技术未来发展的新方向,作为我国该领域的专业学术交流平台,本刊编辑部特发起"固体火箭发动机技术研究新进展及未来新设想"、"固体推进剂及装药工艺新技术"和"航天特种及新概念推进动力系统"三个主题的专刊(正刊)征稿活动,欢迎广大科研人员踊跃投稿。一、"固体火箭发动机技术研究新进展及未来新设想"专刊征文范围(1)固体推进技术发展的新思路、新技术、新途径;(2)固体火箭发动机在航天工程的重大进展及其发展状况;     

双模式化学推进技术发展研究

阐述了卫星双模式推进系统的技术特征、工作原理及应用优势。总结了国内外对双模式推进技术研究的历史发展和研究现状,针对双模式推进系统的未来发展,对双模式推进的关键技术进行了总结和分析,说明了双模式推进技术研究的必要性和重要性。提出了我国双模式推进系统相关的发展策略和途径。在此基础上,根据我国已有的航天器单、双组元推进技术基础和航天任务对寿命、控制精度及工作环境提出了新的要求,并指出了发展双模式推进系统的初步设想。     

空间电推进技术应用现状与发展趋势

电推进技术是近年来空间推进领域发展和应用最为活跃的专业技术。文章阐述了电推进在航天器上应用的优势与问题,电推进应用于航天器可带来节省推进剂、提高姿控精度、扩展深空探测距离等优势,同时需要关注带来的表面电位变化、荷能粒子影响、电磁干扰等问题。目前,电推进已经广泛应用于GEO及低轨卫星、深空探测器等航天器上,并且电推进正逐步向更大功率、超高比冲、更多模式、更低成本等方向发展。建议我国加大需求牵引,夯实基础理论,尽快开展多种电推进空间飞行,并不断培育新型电推进技术,占领未来电推进技术制高点。     

中国宇航学会固体火箭推进专业委员会第三十七届学术年会征文通知(第二轮)

正为加强固体推进技术领域的合作与交流,融合国内多领域技术的进步,推动我国固体推进技术快速发展,探索跨领域技术创新对固体动力的促进作用,拟于2020年7月下旬在贵州省遵义市(具体时间地点以后续通知为准)召开中国宇航学会固体火箭推进专业委员会第三十七届学术年会。受中国宇航学会固体火箭推进专业委员会的委托,本次会议由中国航天科技集团有限公司第八研究院第八〇六研究所承办,中国航天科技集团有限公司第八研究院科技委推进技术专业组、上海市宇航学会推进技术专业委员会协办。年会将邀请国内航天、航空、兵器等领域固体推进技术的知名院士、专家作大会主旨报告。现将有关事项通知如下:     

离子推进系统在黎明号探测器上的应用及其思考

黎明号（Dawn）是美国NASA于2007年9月27日发射的对小行星Vesta和Ceres进行科学研究的深空探测器,目的是为太阳系演变的重要问题提供证据。在巡航和入轨后在轨运行阶段,黎明号都是以离子推进系统作为主推进。黎明号离子推进系统以氙气为推进剂,在发射后提供将近11km／s的速度增量（△V）。文章在对美国黎明号深空探测器离子推进系统调研分析的基础上,总结该离子推进系统的任务需求、系统方案、系统组成、技术指标与技术特点以及集成试验的情况,可为我国空间电推进系统的设计与应用提供参考。     

霍尔推力器羽流离子能量实验研究

霍尔推力器羽流中的离子能量分布情况对于评估推力器羽流影响,优化推力器在航天器上的布局具有重要意义。本文使用阻滞势分析器对霍尔推力器羽流的离子能量分布进行了实验研究,获得了推力器在不同工况下羽流场中关注位置的离子能量分布状况。实验结果表明:霍尔推力器羽流离子主要由电荷交换碰撞产生的低能量离子和高能量源离子组成;高能量源离子的分布在推力器轴线达到最大值,低能量离子的分布随着与推力器轴线夹角的减小呈先增后减态势;随着霍尔推力器放电电压的提高,羽流源离子能量分布会相应向高能量方向偏移。     

Development of HEP-XXMF Series Hall Thrusters in BICE

Hall thruster is a type of electric propulsion thruster which is often regarded as a moderate specific impulse space propulsion technology and is used primarily for station keeping and orbit maintenance tasks. Magnetic field is the most important aspect in Hall thruster's design. Each time the performance improvement of Hall thrusters is accompanied with the regeneration of magnetic field design. Now, all the major space nations treat the magnetic field design as the key technology for Hall thrusters, and many Hall thrusters have emerged in recent years, for example, BPT-4000 and NASA-173 M. In China, based on magnetic focus technology, the Beijing Institute of Control Engineering(BICE) has been developing Hall thrusters ranged from hundreds of watts to 5 kilowatts, including the 1500 W HEP-100 MF and the 5 k W HEP-140 MF Hall thrusters. This paper briefly reviews the development of the HEP-XXMF series Hall thruster. The principle of the Hall thruster, the design methods and the current status of HEP-100 MF and HEP-140 MF are discussed in the paper.     

氙离子推力器束流分布特性研究

建立了离子推力器束流分布的高斯模型,以200mm氙离子推力器为例,在不同工作环境下对推力器束流分布进行了数值模拟,并通过试验测量了推力器引出切面不同位置(轴向z=50mm,z=100mm)下的径向束电流密度和束离子密度分布。通过对数值模拟结果与试验测量结果的比较,误差为17%,认为数值模拟结果与试验测量结果吻合较好。表明离子推力器引出束流呈轴对称分布,在推力器出口附近,束离子密度很大,越往下游,密度越小且束流出现发散。     

20 cm氙离子推力器3 000 h寿命实验

为了验证20 cm氙离子推力器的寿命,进行了约3 000 h的寿命考核实验。在实验过程中,测试推力器性能参数、离子光学系统性能以及放电阴极和中和器阴极的能耗变化。通过对测试数据的分析来判断推力器的寿命终止时间。实验表明20 cm氙离子推力器连续累计工作3 000 h后,性能指标满足设计要求,其寿命已超过3 000 h。     

地面寿命试验中离子推力器表面的溅射沉积量计算

有效降低溅射沉积影响是离子推力器地面寿命试验需要解决的重要技术问题。文章建立了真空舱壁上溅射物沉积到离子推力器表面的计算模型。应用该模型计算了LIPS-200推力器在TS-7真空舱中进行寿命试验的背溅射沉积情况,对钛（Ti）材料和石墨（C）材料内衬,背溅射沉积量分别为0.79 μm/kh和0.20 μm/kh。对比美国NSTAR和NEXT离子推力器寿命试验中的背溅射沉积量测量数据,文章中的计算结果表明,LIPS-200推力器的表面沉积污染在可接受的范围。     

LIPS-200离子推力器寿命地面试验方案研究

在系统调研和分析国外用于地球静止轨道（GEO）卫星南北位置保持的离子推力器寿命试验方法和技术的基础上,结合我国通信卫星工作寿命需求和LIPS-200离子推力器产品研制现状,提出和论证了LIPS-200离子推力器地面寿命试验验证的目的和技术方案,讨论和分析了与寿命试验方案密切相关的内容。     

离子推力器羽流特性及其污染分析

介绍了与电推进系统有关的空间环境效应的形成原因及其对航天器性能、寿命等的影响。阐述了离子火箭发动机羽流内束离子、中性推进剂原子、交换电荷（CEX）离子和电子等主要成分与航天器相互作用的过程及机理。分析表明，离子推力器出口处的中性推进剂原子与高速束离子流碰撞后产生的CEX离子Xe^＋，以及带电离子轰击推力器组件特别是加速极所产生的金属CEX离子，是造成离子火箭发动机羽流污染的主要成分。在此基础上提出了若干防污染措施。     

微纳卫星新型动力系统研究进展

微纳卫星指采用现代技术、微电子技术、机械技术等设计制造的具有高性价比的现代微小卫星。因其具有发射成本低廉、应用灵活等特点,微纳卫星受到各国的广泛关注。微纳卫星动力系统具有良好的发展前景。本文综述了微纳卫星动力系统的发展现状,针对自中和射频离子推力器、离子液体推力器、碳纳米管阵列推力器、石墨烯材料光驱动等几种新型且有望用于微纳卫星推进的方案,简要说明其工作原理,并分析其核心技术以及性能优势。给出了发展建议:提升总冲、功耗、调节精度等参数是微纳卫星动力系统未来主要的发展方向;研发工作中需要重点关注结构工艺、离子束流中和等关键技术。     

Products from NASA's in-space propulsion technology program applicable to low-cost planetary missions

Since September 2001, NASA's In-Space Propulsion Technology (ISPT) program has been developing technologies for lowering the cost of planetary science missions. Recently completed is the high-temperature Advanced Material Bipropellant Rocket (AMBR) engine providing higher performance for lower cost. Two other cost saving technologies nearing completion are the NEXT ion thruster and the Aerocapture technology project. Under development are several technologies for low-cost sample return missions. These include a low-cost Hall-effect thruster (HIVHAC) which will be completed in 2011, light-weight propellant tanks, and a Multi-Mission Earth Entry Vehicle (MMEEV). This paper will discuss the status of the technology development, the cost savings or performance benefits, and applicability of these in-space propulsion technologies to NASA's future Discovery, and New Frontiers missions, as well as their relevance for sample return missions.     

螺旋波等离子体推进器原理研究

电推进作为一种新型推进技术已受到国内外航天界的广泛关注,且已成功应用于卫星、深空探测器等任务。在众多电推进器中,螺旋波等离子体推进器以其无须电极、比冲大、使用寿命长、性能高等优点成为近年来人们重点研究的对象。文章首先从螺旋波等离子体推进器的发展历程、研究现状和发展态势等角度进行了系统介绍;然后对此种推进器的结构组成以及推进原理进行了阐述;并对几种典型离子加速方式进行了研讨;最后对螺旋波等离子体推进器的应用前景进行了展望。