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中国航天人如何攻克电推进技术难关?

 

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中国航天人如何攻克电推进技术难关?




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  新华社北京4月23日电 题:为“中国星”装上先进“发动机”――中国航天人如何攻克电推进技术难关?

  新华社记者张文静、白国龙、王博

  前不久,中国成功发射实践十三号卫星,让中国航天人为之振奋。原因之一是电推进技术首次在中国卫星上得到应用,这标志着中国电推进技术正式迈向工程应用阶段,比肩国际一流。

  电推进技术是什么?它对中国航天有多重要?历时43年的技术攻关之路有多难?在第二个“中国航天日”前夕,记者来到兰州空间技术物理研究所(中国航天科技集团公司五院510所),从电推进技术研发专家口中寻找答案。

  “解锁”电推进“新技能”比肩世界一流

  如同汽车的核心是发动机一样,推进系统是卫星等航天器的核心。

  传统的卫星“发动机”通过携带化学燃料,经燃烧后将化学能转化成动能形成推力,来保持卫星的轨道位置。

  中国航天科技集团公司五院实践十三号卫星系统总指挥周志成说,实践十三号卫星的电推进系统采用的是氙离子推力器,是对卫星太阳帆板转化来的电能做高电压处理,用上千伏的电压将氙气在真空中电离,通过加速栅极喷射出来从而获得调整卫星轨道的推力。

  兰州空间技术物理研究所型号指挥刘奎武说,电推进系统比常规的化学推进效能提升10倍,可延长卫星寿命,帮卫星省去90%的化学燃料,大大减轻发射重量,提高定位精度,正逐渐成为世界各国卫星推进系统的主流。

  据介绍,人类用电能作为航天器“发动机”的构想,已有60多年历史。上世纪90年代末,电推进技术在美国、俄罗斯等西方国家的航天器上已率先应用。出于安全可靠考虑,当时的卫星“发动机”多为混合动力,既有化学燃料,又有电推进系统。4月12日,我国发射的实践十三号卫星也采用了“双保险”的混合动力推进系统。

  2015年,美国将传统化学燃料推进系统全部替代为电推进系统,即“全电推技术”,这是当前世界上最先进的水平。

  我国正在开发全电推卫星平台,预计2020年之前将实现应用。

  三代人接力攻关 坚守43年终克难

  电推进技术是空间技术里的“硬骨头”,从研制、地面试验、在轨飞行到正式应用,中国足足用了43年。兰州空间技术物理研究所先后有数百名共三代航天人投入电推进技术的研究中。

  1974年,时任研究所第一任所长金建中在国内率先提出开展研究电推进技术的构想,并获得国家相关部门批准。对当时我国航天事业的实际需求来说,这一技术研究非常超前。同一时期,欧美航天强国也开展了电推进技术攻关。1988年,该所电推进技术的相关研究项目荣获国家科技进步一等奖。

  随后的十余年里,由于没有强有力的宇航需求推动,电推进技术缺乏项目和经费支持。

  “因为相信这项技术肯定有广阔的应用前景。即便在极端困难的条件下,所里也节衣缩食挤出经费,保证电推进研究队伍没有散、研究不间断。”兰州空间技术物理研究所所长张伟文说,研究所的研究底蕴和技术积累,使得在国家提出要应用电推进技术时,他们有能力冲在最前面。

  “航天是高投入、高风险的行业,我们必须确保万无一失。”兰州空间技术物理研究所事业部总经理张天平介绍,历经12000小时的模拟实验,LIPS-200离子电推进系统终于研制成功,并在实践十三号卫星上顺利应用。

  “坚守了43年,我们终于迎来了电推进技术应用的‘春天’。这是中国三代航天人共同努力取得的成绩。”张伟文接受记者采访时说道。

  新技术未来应用“海阔天空”

  当前中国航天技术的发展已经不能没有电推进技术,未来人类要想开展更加遥远的深空探测,电推进系统是必然选择。

  研究人员认为,除了中等容量和大容量卫星需要应用电推进系统,一些超大规模的航天飞行器和微小型的卫星也都需要不同规模的电推进系统。从实践十三号卫星开始,中国电推进系统将朝着“一中一超一微”方向发展。

  张伟文介绍,“一中”即1000瓦至5000瓦范围内的中等功率电推进系统;“一微”即几瓦到几十瓦之间的微小功率电推进系统的应用:“一超”即超大功率电推进系统的研制和应用。

  今年即将发射的“翱翔三号”微小卫星将应用微小电推进系统进行飞行试验。“目前我们正抓紧研制的是50千瓦超大功率的电推进系统。”张伟文说,“很难想象43年前开始的一项研究活动,要等43年才能得到应用,这需要多么大的定力。”

  兰州空间技术物理研究所党委书记李毅军说,随着中国电推进技术的不断进步,中国航天人对浩瀚宇宙的探索也将越来越深远。



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