中國航天人如何攻克電推進技術難關?

來源︰新華社作者︰張文靜 白國龍 王博責任編輯︰武千妍
2017-04-23 19:50

為“中國星”裝上先進“發動機”

——中國航天人如何攻克電推進技術難關?

前不久,中國成功發射實踐十三號衛星,讓中國航天人為之振奮。原因之一是電推進技術首次在中國衛星上得到應用,這標志著中國電推進技術正式邁向工程應用階段,比肩國際一流。

電推進技術是什麼?它對中國航天有多重要?歷時43年的技術攻關之路有多難?在第二個“中國航天日”前夕,記者來到蘭州空間技術物理研究所(中國航天科技集團公司五院510所),從電推進技術研發專家口中尋找答案。

“解鎖”電推進“新技能” 比肩世界一流

如同汽車的核心是發動機一樣,推進系統是衛星等航天器的核心。

傳統的衛星“發動機”通過攜帶化學燃料,經燃燒後將化學能轉化成動能形成推力,來保持衛星的軌道位置。

中國航天科技集團公司五院實踐十三號衛星系統總指揮周志成說,實踐十三號衛星的電推進系統采用的是氙離子推力器,是對衛星太陽帆板轉化來的電能做高電壓處理,用上千伏的電壓將氙氣在真空中電離,通過加速柵極噴射出來從而獲得調整衛星軌道的推力。

蘭州空間技術物理研究所型號指揮劉奎武說,電推進系統比常規的化學推進效能提升10倍,可延長衛星壽命,幫衛星省去90%的化學燃料,大大減輕發射重量,提高定位精度,正逐漸成為世界各國衛星推進系統的主流。

據介紹,人類用電能作為航天器“發動機”的構想,已有60多年歷史。上世紀90年代末,電推進技術在美國、俄羅斯等西方國家的航天器上已率先應用。出于安全可靠考慮,當時的衛星“發動機”多為混合動力,既有化學燃料,又有電推進系統。4月12日,我國發射的實踐十三號衛星也采用了“雙保險”的混合動力推進系統。

2015年,美國將傳統化學燃料推進系統全部替代為電推進系統,即“全電推技術”,這是當前世界上最先進的水平。

我國正在開發全電推衛星平台,預計2020年之前將實現應用。

三代人接力攻關 堅守43年終克難

電推進技術是空間技術里的“硬骨頭”,從研制、地面試驗、在軌飛行到正式應用,中國足足用了43年。蘭州空間技術物理研究所先後有數百名共三代航天人投入電推進技術的研究中。

1974年,時任研究所第一任所長金建中在國內率先提出開展研究電推進技術的構想,並獲得國家相關部門批準。對當時我國航天事業的實際需求來說,這一技術研究非常超前。同一時期,歐美航天強國也開展了電推進技術攻關。1988年,該所電推進技術的相關研究項目榮獲國家科技進步一等獎。

隨後的十余年里,由于沒有強有力的宇航需求推動,電推進技術缺乏項目和經費支持。

“因為相信這項技術肯定有廣闊的應用前景。即便在極端困難的條件下,所里也節衣縮食擠出經費,保證電推進研究隊伍沒有散、研究不間斷。”蘭州空間技術物理研究所所長張偉文說,研究所的研究底蘊和技術積累,使得在國家提出要應用電推進技術時,他們有能力沖在最前面。

“航天是高投入、高風險的行業,我們必須確保萬無一失。”蘭州空間技術物理研究所事業部總經理張天平介紹,歷經12000小時的模擬實驗,LIPS-200離子電推進系統終于研制成功,並在實踐十三號衛星上順利應用。

“堅守了43年,我們終于迎來了電推進技術應用的‘春天’。這是中國三代航天人共同努力取得的成績。”張偉文接受記者采訪時說道。

新技術未來應用“海闊天空”

當前中國航天技術的發展已經不能沒有電推進技術,未來人類要想開展更加遙遠的深空探測,電推進系統是必然選擇。

研究人員認為,除了中等容量和大容量衛星需要應用電推進系統,一些超大規模的航天飛行器和微小型的衛星也都需要不同規模的電推進系統。從實踐十三號衛星開始,中國電推進系統將朝著“一中一超一微”方向發展。

張偉文介紹,“一中”即1000瓦至5000瓦範圍內的中等功率電推進系統;“一微”即幾瓦到幾十瓦之間的微小功率電推進系統的應用︰“一超”即超大功率電推進系統的研制和應用。

今年即將發射的“翱翔三號”微小衛星將應用微小電推進系統進行飛行試驗。“目前我們正抓緊研制的是50千瓦超大功率的電推進系統。”張偉文說,“很難想象43年前開始的一項研究活動,要等43年才能得到應用,這需要多麼大的定力。”

蘭州空間技術物理研究所黨委書記李毅軍說,隨著中國電推進技術的不斷進步,中國航天人對浩瀚宇宙的探索也將越來越深遠。

(新華社北京4月23日電)

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