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掌握氙氣物理特性推動(dòng)電推進(jìn)技術(shù)


掌握氙氣物理特性推動(dòng)電推進(jìn)技術(shù)  

高純氙氣
中國(guó)航天科技集團(tuán)成功繪制了中國(guó)第一張氙氣物理特性圖，獲得了氙氣溫度、壓力
和密度在不同狀態(tài)下的變化規(guī)律。到目前為止，中國(guó)首次掌握了氙氣的物理特性

第一手資料為氙氣在電推系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了有力的支撐。

高純氙氣是衛(wèi)星電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)中最常用的工質(zhì)，其物理特性十分特殊。隨著儲(chǔ)存壓力
和溫度的變化，氙氣在電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)的軌道工作和地面試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)為氣體、液
體、飽和和超臨界狀態(tài)。

在電力推進(jìn)系統(tǒng)工程的應(yīng)用中，需要保證向推力器提供的氙氣必須是氣態(tài)；在加注過(guò)
程中，氙氣的形式有很多種，需要合理控制氙氣形式之間的轉(zhuǎn)換；同時(shí)，加注氙氣后，
需要采取相應(yīng)措施，確保系統(tǒng)中氙氣的壓力和溫度在安全范圍內(nèi)，保證衛(wèi)星的安全。
氙氣的物理特殊性給氙氣的狀態(tài)控制和衛(wèi)星的安全帶來(lái)了很大的困難。

電力推進(jìn)應(yīng)用：

(1)目前應(yīng)用的電力推進(jìn)類(lèi)型包括現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射、膠體等，包括電熱、電弧、氙離子、氙霍
爾、PPT等，其中DC放電離子和SPT霍爾是應(yīng)用最廣泛的主流產(chǎn)品，已經(jīng)淘汰了電力
推力器、高性能離子推力器和霍爾推力器逐步取代的發(fā)展趨勢(shì)。

(2)電力推廣應(yīng)用計(jì)劃正在美國(guó)、俄羅斯、歐洲、日本、印度等國(guó)家制定或?qū)嵤?/span>

(3)電動(dòng)推送的主要應(yīng)用包括GEO位置保持、深空探測(cè)、無(wú)拖曳控制、姿勢(shì)控制、軌道
轉(zhuǎn)移等。在這些應(yīng)用中，GEO軌道位置保持是主導(dǎo)應(yīng)用，深空探測(cè)是一種快速擴(kuò)展應(yīng)
用。

(4)應(yīng)用電推進(jìn)的航天器數(shù)量正在迅速增加。目前軌道上大約有100臺(tái)航天器用于應(yīng)用電
推進(jìn)，離子電推進(jìn)的累計(jì)工作時(shí)間接近2萬(wàn)小時(shí)，霍爾電推進(jìn)的累計(jì)工作時(shí)間接近1萬(wàn)小
時(shí)。

目前，我國(guó)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的全電推廣系統(tǒng)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，將全面進(jìn)入工程應(yīng)用階段，
滿(mǎn)足通信衛(wèi)星系列平臺(tái)、高軌遙感平臺(tái)、深空探測(cè)器的發(fā)展需求。與此同時(shí)，中國(guó)已經(jīng)
完成了衛(wèi)星平臺(tái)全電推廣方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

全電推進(jìn)技術(shù)是一種新型的航天器設(shè)計(jì)技術(shù)，用電推進(jìn)系統(tǒng)代替化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)作為航天
動(dòng)力。由于其高比沖擊的優(yōu)點(diǎn)，航天器的有效質(zhì)量可以提高到90%左右，大大降低了衛(wèi)
星發(fā)射的重量，降低了運(yùn)載火箭的承載能力要求。

全電推廣技術(shù)可以讓人類(lèi)以更低的成本進(jìn)入太空領(lǐng)域，深刻改變通信衛(wèi)星的外觀，甚至
直接影響高軌運(yùn)載火箭市場(chǎng)；同時(shí)，超遠(yuǎn)深空探測(cè)、多目標(biāo)探測(cè)、采樣返回等空間探測(cè)
任務(wù)可以實(shí)現(xiàn)，成本較低。

采用全電推技術(shù)后，衛(wèi)星發(fā)射重量可以大大降低，從目前主流的5-7噸減少到2-4噸，使
通信衛(wèi)星發(fā)射更小、更便宜的火箭，減少用戶(hù)的項(xiàng)目投資。

其次，全電動(dòng)推送技術(shù)可以大大延長(zhǎng)通信衛(wèi)星的使用壽命。周志成表示，使用全電動(dòng)推
送技術(shù)后，燃料攜帶將不再受衛(wèi)星使用壽命的限制，通信衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命一般會(huì)超過(guò)15
年的上限，達(dá)到18到20年。

全電推衛(wèi)星大大提高了空間電源的發(fā)電要求。進(jìn)入同步軌道后，可以為通信負(fù)荷提供額外
的電能，使通信能力更強(qiáng)，連接更多用戶(hù)。此外，借助衛(wèi)星的獨(dú)立監(jiān)控和管理，衛(wèi)星的長(zhǎng)
期運(yùn)行管理更加智能化，地面運(yùn)行更加簡(jiǎn)單，提高了衛(wèi)星運(yùn)行的安全性和可靠性。



中國(guó)航天科技集團(tuán)502研究人員自主開(kāi)發(fā)了氙氣物理特性測(cè)試系統(tǒng)，并根據(jù)電力推進(jìn)系統(tǒng)
的工況設(shè)計(jì)了測(cè)試方案，進(jìn)行了氙氣物理特性測(cè)試。測(cè)試涵蓋-70~100℃和0.2～密度范圍
為2kg/l，～總共選擇了約20萬(wàn)個(gè)測(cè)量點(diǎn)，在15MPa的壓力范圍內(nèi)，可以滿(mǎn)足電推系統(tǒng)空間
應(yīng)用的所有工況要求。

紐瑞德氣體知識(shí)展示圖2


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