来源：瞭望新闻周刊 时间：2015-03-09
新年伊始，由中国航天科技集团公司五院510所自主研制的电推进系统取得重要试验成果。今年底，我国首颗搭载了电推进系统的通信卫星将待命出发。
专家认为，这次试验成功标志着我国研制应用的电推进系统已达到国际先进水平，将全面迈入工程应用阶段，满足我国通信卫星系列平台、高轨遥感平台和深空探测器等发展需求。
电推进，实质上就是用电能作为卫星的主要动力来源，而卫星动力正是衡量卫星水平的一个关键因素。电推进技术具有重要的科学意义和经济效益，未来我国航天要高效完成一系列深空探测任务，电推进技术是必然选择。
二十余年“追赶”回归国际先进
510所所长、电推进系统项目总指挥张伟文介绍，上世纪70年代初，地处甘肃兰州的510所成为国内电推进技术研究及试验验证的“领头羊”，几乎与美苏等国外宇航界同步启动电推进技术攻关。
1987年，该所自主研制的电推进技术获得国家科技进步奖一等奖。但之后由于这项研究成果超越了我国当时航天工程的需要，先进技术无用武之地。这项研究便停止了10年左右，技术最终也没有转化为实际产品。
张伟文告诉《瞭望》新闻周刊，即便在没有国家项目和经费支持情况下，当时，510所也没有放弃这项先进技术，仍主动保留核心研究队伍，自筹资金开展技术攻关。“由于我们地处西北，条件艰苦，加上没有科研经费支持，当时，人才队伍有一部分流失，但我们还是坚守了下来，没有丢掉核心技术。”
进 入20世纪90年代，我国开始发展大容量卫星平台，对电推进系统提出了非常迫切的需要，于是，电推进技术研究工作再次启动。自此，该项研究在国家项目支持 下进入“追赶时代”。“当时美国、俄罗斯已经拥有了电推进产品，我们处于技术研发，就拼命‘追赶’。”张伟文说，“经过20余年努力，如今，我们的水平又 再次和西方国家到了同一个水平线上。”
张伟文介绍，电推进系统研制历程须经过四个阶段，包括从最初的技术开发到最终的应用阶段。目前国内从事电推进技术探索的单位虽然比较多，但由于电推进系统技术复杂、试验验证代价大等因素，大多数单位还处在技术开发阶段，距离最终的应用阶段还有相当漫长的路程。
历 经40余年时间，目前510所的电推进技术已经成熟，完成了技术开发阶段、工程研究阶段和空间飞行验证阶段这前三个阶段。其中，2012年10月14 日，510所研制的电推进系统搭载“实践九号A卫星”成功开展在轨飞行验证。飞行两年余时间，产品性能表现优异。此次试验的成功意味着由该所自主研制的电 推进系统即将进入最终的应用阶段，迎来最终“大考”。
510所电推进技术研究室高级工程师耿海介绍，按照要求，2015年底，我国新型通信 卫星平台应用的电推进系统将待命出发，这将成为我国首颗应用电推进系统的业务卫星即“东方红三号B卫星平台”。为确保电推进系统稳定合格，2013年12 月25日，510所正式启动电推进系统地面长寿命考核试验，这是决定我国电推进系统正式应用于卫星型号的最重要试验，这也是国际航天界解决电推进系统长寿 命、高可靠问题的有效手段和通行做法。
耿海说，在经历一年多的地面寿命及可靠性试验中，近日，电推进系统已突破6500小时，开关机3250次，具备确保该卫星在轨可靠运行15年的能力。这就标志着，我国首次研制应用的电推进系统已达到国际先进水平，将全面迈入工程应用阶段。
张伟文表示，目前，我国电推进系统已确定正式应用到东方红三号B卫星平台、东方红五号通信卫星平台，全电推进卫星平台也在研究中。
新“发动机”的跨越优势
张伟文、耿海等介绍，国际宇航界将电推进列为未来十大尖端技术。“衡量未来大容量、长寿命卫星先进性的重要指标就是是否采用电推进技术，可见电推进技术的重要性。”
张伟文介绍，如同汽车的核心是发动机一样，推进系统是航天器平台的核心。我国航天器一直由化学燃料执行空间推进职能，而510所研制的电推进技术并不是采用燃料燃烧而排出炽热的气体，而是采用喷出带电粒子或离子的新方式。
和航天器利用化学燃料排出炽热气体的推进方式相比，电推进技术的最显著优势在于能够大幅减少推进剂燃料，给卫星“瘦身”，从而增加有效载荷，而且其定位更精准，尤其表现在微重力的外太空环境下。
在太空中，为了完成变轨、姿态调整和南北位置保持任务，卫星需要携带大量化学燃料。而采用电推进系统就能大幅减少卫星和探测器上的燃料携带量，这样节省下的空间可携带更多有效载荷，安装更多设备或仪器。
张伟文告诉《瞭望》新闻周刊，就拿我国东方红四号通信卫星平台来说，这颗卫星上装有两个1400升的化学燃料贮箱。如果采用电推进发动机，整颗卫星可以节省80%的燃料，一颗重量大约为4.8吨的通信卫星重量将减少到1.9吨。
“卫 星上自身携带的‘干粮’少了，多出来的空间可被充分利用，携带更多有效载荷，这可以产生巨大的经济效益，大幅提升我国商业卫星的市场竞争力。”张伟文告诉 本刊记者，电推进整体优势就在于此，“这和汽车一个道理，如果汽车燃油经济性非常好，我们便可用很低的油耗行驶同样的里程。电推进的应用对于整个航天技术 来讲，就是一个重要的跨越。”
510所电推进技术研究室主任张天平介绍，氙离子电推进系统和霍尔电推进系统是当下国际市场上通信卫星主要采用的方式。510所自主研制的主要是最能代表国际主流先进发动机的离子电推进系统，将要加载于“东方红三号B卫星平台”的是200毫米的氙离子电推进系统。
张 天平进一步解释，卫星上都配备着一套系统的电源，主要依靠太阳能帆板获取电源，只要能获取太阳能，供电系统就能维持卫星正常工作。电推进系统的电源正是来 自卫星自带的这套系统。这套系统再通过二次电源进行电能转化，以适应电推进系统的电压。电推进系统再利用电能对氙气进行电离等，加速引出推进剂离子，使其 形成高速射流而产生推力。
“要知道，卫星携带的氙气量远远小于传统的化学推进所需的燃料，因此卫星的重量就会大幅下降。”张天平说。
当 前，我国深空探测长远发展规划中包括了采样返回、木星探测和库伯带小行星探测任务。在现有运载条件依靠化学能火箭，完成这些深空探测任务几乎是不可能的。 “当人类开展深空探测需要到更加遥远的火星、小行星、银河系边缘时，不可能携带大量燃料，电推进系统就是必然选择。”张天平强调。
电推进系统的应用还可以实现卫星进行更精准的定位与控制。张天平介绍，化学燃料燃烧推进产生的推力非常强大，能将卫星从地面上强有力地推进到外太空。但到了外太空后，由于卫星处于微重力环境，需要很微小推力，而推力较小的电推进系统就能满足精准定位与控制的要求。
助推航天大国
张 伟文等科研人员告诉《瞭望》新闻周刊，作为先进的空间推进技术，电推进一直被美国和前苏联垄断。1998年，美国探测彗星的“深空1号”就首次将离子推进 器作为主力推进系统用于深空飞行。直到近年来，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。当前，随着技术的发展，电 推进凭借其显著的优势已在先进国家卫星上成功实现了工程应用并走向成熟。
据介绍，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突破60颗。“未来的国际宇航发射中，相信使用电推进发动机的航天器数量会越来越多，这是航天领域的趋势。”张伟文说。
中国空间技术研究院科研人员曾撰文指出，电推进的应用可大幅度提高我国通信卫星平台的综合性能及技术水平，增加国际市场竞争力，成为我国通信卫星发展的必然趋势。
科研人员还表示，在国家实施创新驱动战略背景下，科研部门和人员更应加强基础科学研究，用创新性的思维对先进技术持有远见，紧抓国际前沿，使“中国制造”转变为“中国创造”。
“国 际宇航市场竞争日益激烈，要想在未来争取主动权，就必须继续加快技术的发展，加大资金投入力度，使得技术成果得到尽快应用，并争取更多的国外市场份额。” 张伟文说，截至目前，510所紧密结合宇航发展需求，已开发了10多种不同规格的电推进系统产品，以满足宇航事业对电推进的应用需求。
随着 技术和产品的成熟，中国研制的电推进系统将迈入工程实用阶段，全面应用于中国航天器。“这将大大提升中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整体技术水平及性能，增强中国商业卫星竞争力，更好地实现中国人的‘航天梦’。”张伟文说。
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