中国航天器进入电推进时代 重4.8吨卫星将降至2吨

    在2014年到来之际，我国自主研制的LIPS-200离子电推进系统鉴定产品在510所启动长寿命地面考核验证试验。该专项试验整合大量的人力、物力、财力，将历时两年，工作时间11000小时，力求突破15000小时，预计累计完成6000～8000次开关机点火试验。

    LIPS-200离子电推进系统已于2012年10月在我国实践九号卫星上成功完成空间飞行试验验证。在此基础上，510所瞄准我国高轨道通信卫星平台和空间站建设，集中力量攻坚克难，着力提升产品的成熟度和长寿命高可靠水平，取得了新的突破。此次试验将是对该产品的寿命和可靠性进行的一次全方位检验，也是电推进型号应用阶段必须开展的一项重大试验，它开启了电推进系统全面型号应用的新时代。

    40年坚守

    突破电推进系统核心技术

    目前，我国发射的航天器一直由化学燃料执行空间推进职能，为了完成变轨、姿态调整和南北位置保持任务，航天器需要携带大量燃料。举例来说，我国目前一颗15年寿命的高轨道卫星大约重4.8吨，而化学燃料贮箱重量就达3吨。如果采用LIPS-200电推进系统替代化学推进，仅南北位置保持就可省去810公斤燃料，如果执行全电推进方案，整星重量将降至2吨以下，从而大幅提升我国通信卫星的容量和国际竞争力。

    电推进技术是当前最为先进的空间推进技术，其基本原理是通过把外部电能转化为推进剂喷射动能，从而产生推力的一种反作用式推力系统。欧美自上世纪60年代起开始研制，于90年代初步开始应用，产生了良好的经济效益，形成了竞争优势。

    美国休斯702SP平台已于2012年3月完成了全电推进平台建设，实现了这一重大目标，并已进入商业化发展阶段。

    510所于上世纪70年代初几乎与国外同期开展了电推进技术攻关，研制成功直径为8厘米的离子电推进系统，于1987年获得国家科技进步一等奖。

    在随后的10余年里，因无需求牵引，该所在没有国家项目和经费支持的困难条件下，坚守理想信念，保留最核心的专业研究队伍，自筹资金持续不断地开展技术攻关。

    “十五”以来，国家逐步加大了科技创新投入，该所积极争取国家项目立项，并在中国航天科技集团公司和五院创新基金的支持下，加大自主投入力度，加快技术成果应用，先后研制成功LIPS-200离子电推进系统试验样机、工程样机和飞行验证产品，成功突破了LIPS—200离子电推进系统及各单机的关键技术，使之成为具备在轨应用条件的成熟工程产品。

    40年孤独坚守，40年埋头攻关，该所广大干部职工自力更生、艰苦奋斗，从预研成果到工程样机，再到型号产品，逐步跨越了电推进研制的关键阶段。几十年来，无论多么艰难，该所始终把促进我国电推进技术发展作为光荣职责和坚定追求，矢志不渝，从未放弃。

    四次跨越

    我国电推进系统的发展历程

    从电推进系统的研制历程看，一般来说，从技术开发到型号应用，必须步步为营，要经历四个不可逾越的发展阶段，每一个阶段都有其特定的技术目标。

    一是技术开发阶段，以电推进点火试验为特征，主要是测量、固化推力器的推力、比冲、功耗等物理性能参数，研制电推进试验样机。

    二是工程研究阶段，在获得推力器推力、比冲等特征参数的基础上，聚焦宇航热、力、磁等工程约束条件，实现电推进物理性能与工程要求的高度融合，研制电推进工程样机。

    三是空间飞行验证阶段，以验证电推进系统在空间环境下各功能参数的实现与稳定工作，各子系统、单机间的匹配性，以及电推进系统与整星之间的耦合为目的，建立电推进系统的在轨工作基线，研制工程飞行验证产品。

    四是型号应用阶段，在空间飞行试验验证的基础上，开展地面1：1长寿命考核验证试验，以确认电推进系统、关键部组件15年长寿命工作的能力。510所即将开展的长寿命考核试验就是决定我国电推进系统正式应用于卫星型号的最重要的试验。

    目前，国内从事电推进技术探索的单位虽然很多，但是绝大多数尚停留在第一个阶段。

    再接再厉

    打造长寿命高可靠产品

    在欧美等电推进系统应用比较早的国家，地面寿命考核试验是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。早在两年前，510所就依托在真空设备研制领域的技术优势，筹资8000多万元自主建造了TS-5A、TS-6A、TS-7等大型真空试验设备，建成了国内最先进的TS-7电推进专用大型真空试验设备，以满足LIPS-200离子推力器的长寿命试验要求。

    本次开展的电推进系统产品1：1长寿命考核验证，将在以下四个方面全面验证LIPS-200离子电推进系统产品的性能。一是验证电推进系统尤其是推力器产品的工作寿命否满足卫星15年南北位保要求；二是获取影响电推进系统各单机寿命的关键特征参数，为建立寿命预测模型提供基础数据，以便开展可靠性评估；三是确认电推进系统尤其是推力器产品是否存在早期随机性失效模式，并为解决该失效模式提供试验数据；四是确认寿命期间离子推力器的性能变化特性，获得电气参数补偿的摸底数据，为确保卫星任务完成应用提供工作策略验证结果。

    通过长寿命考核试验验证，将进一步夯实LIPS-200离子电推进系统的工程化基础，为空间应用提供更加可靠的保障。LIPS-200离子电推进系统的型号应用，对于全面提升我国通信卫星系列平台、深空探测航天器、重力场测量卫星、载人航天空间站等多种用途的航天器整星技术水平、进一步增强我国商业卫星的国际竞争力、促进我国航天技术跨越式发展具有重大的里程碑意义。

    目前，在上级部门的大力支持下，电推进技术已被纳入国家创新平台，成为该所国家级重点实验室的重要研究方向，使电推进技术已进入型号全面应用的又一个万里长征。各级领导和用户的大力支持，科研人员的辛勤付出，已经结出了丰硕的成果，这一切都在庄严宣告：中国航天器步入电推进的新时代已指日可待。(索轩) 来源：中国航天网