[導讀] 中國航天科技集團公司五院衛星總體技術專家、通信衛星項目總師總指揮周志成近日向科技日報記者透露:“我國首顆全電推進衛星的成功研制指日可待,并有望在年內具備推向市場的條件。
“當前，我國研制應用的全電推進系統已達到國際先進水平，并將全面邁入工程應用階段，滿足通信衛星系列平臺、高軌遙感平臺和深空探測器等發展需求。同時我國已完成全電推進衛星平臺方案的詳細設計。”中國航天科技集團公司五院衛星總體技術專家、通信衛星項目總師總指揮周志成近日向科技日報記者透露：“我國首顆全電推進衛星的成功研制指日可待，并有望在年內具備推向市場的條件。”
今年3月2日，美國波音公司研制的兩顆全電推進衛星——亞洲廣播衛星-3A衛星和歐洲通信衛星115西B衛星升空。這是全球首批發射入軌的全電推進通信衛星，意味著衛星的技術發展和應用空間正發生著重大變革。
記者從航天科技集團五院了解到，不久的將來，我國全電推進衛星也將邁向深遠的太空，在更多空間探測、技術應用領域發揮重要作用。
讓衛星既“瘦身”又“強身”
全電推進技術是采用電推進系統取代化學推進系統作為航天動力的新型航天器設計技術。由于其具有高比沖的優勢，可以將航天器的有效質量提高到90%左右，衛星發射重量大為減輕，同時降低對運載火箭的承載能力要求。
周志成介紹說，全電推進技術可以使人類以更低的成本進入太空領域，必將深度改變通信衛星的面貌，甚至直接影響高軌道運載火箭市場；同時可以用更少的代價實現超遠深空探測、多目標探測、取樣返回等具有大速度增量要求的空間探測任務。
他表示，采用全電推技術后，首先可使衛星發射重量大幅降低，從目前主流的5至7噸降低到2至4噸，讓通信衛星用更小、更便宜的火箭發射，減少用戶的項目投入。
其次，全電推技術可大大延長通信衛星的壽命。周志成說，采用全電推技術后，燃料攜帶量將不再成為衛星壽命的約束，通信衛星的設計壽命將普遍突破目前15年的上限，達到18至20年。
他介紹，全電推衛星對空間電源的發電要求大為提高，進入同步軌道后，多余的電能可以提供給通信載荷，讓通信能力更加強大，連接的用戶數目也將更多。此外借助衛星的自主監測、管理，可使衛星的長期運行管理更智能，地面操作更簡便，提升衛星運行的安全、可靠性。
發展電推進技術成為各國共識
目前國際主流的通信衛星平臺，早期都是基于化學推進系統設計的。進入上世紀90年代后期，各國為提升平臺能力而陸續實施改進，加載了電推進系統。
航天科技集團公司五院510所所長張偉文表示，現階段在軌運行的衛星上都配備一套電源系統，主要依靠太陽能帆板獲取太陽能，維持衛星正常工作，而電推進系統的電源正是來源于這套系統。
近年來，電推進技術已在國外衛星上成功實現了工程應用并走向成熟。
周志成介紹，目前美國波音公司和洛馬公司的電推進系統應用最為廣泛，應用程度也更為深入。這兩家公司的通信衛星都已采用了5千瓦量級大功率多模式電推力器，電推進除用于南北位置保持外，還用于部分軌道轉移任務。其他公司如美國勞拉公司、軌道科學公司，歐洲泰雷茲公司、空客公司、OHB公司、日本三菱公司等，也在衛星上采用了1千瓦量級的電推力器，主要用于南北位置保持任務。
2012年，波音公司率先提出全電推進衛星概念，其BSS-702SP全電推進平臺一經推出即獲得4顆衛星訂單，從此引領了全球全電推進衛星的發展浪潮。近年來，全球主要衛星制造商紛紛推出了全電推進衛星研制及發射計劃。
目前，國際宇航界已將電推進技術列為未來十大尖端技術之一，并將其作為衡量未來大容量、長壽命衛星先進性的重要“標桿”。大力發展電推進技術成為各航天大國的共識。資料顯示，目前國際上已發射和計劃發射的全電推進系統航天器數量已經突破50顆，未來國際宇航發射中采用電推進系統的航天器所占比例將進一步擴大。
我國全電推進系統已具備在軌應用能力
對于電推進技術，我國開展了長期科研攻關，有著堅實的技術儲備。
周志成介紹，我國東方紅三號B衛星平臺加載電推進系統后，與美國勞拉公司、歐洲泰雷茲公司等相比，電推進系統的應用方案基本類似，技術指標水平相當，平臺的性價比、載荷比達到或略優于國外同類衛星水平。目前五院通信衛星事業部已將抓總開發的東三B平臺、東四增強型平臺推向市場，新一代東五平臺的建設也在穩步推進。
在全電衛星領域，我國與世界航天強國同時起步，并在關鍵技術上取得重要進展。
2012年10月，我國實踐九號衛星發射升空，對多種電推進技術方案的正確性、在軌工作性能、與航天器的相容性以及長期在軌工作能力進行了成功驗證，意味著我國全電推進系統已經初步具備在軌應用能力。
“通信衛星上采用的電推力器主要有離子推力器和霍爾推力器兩種。”周志成說，波音公司和日本衛星主要采用離子推力器，勞拉、洛馬和泰雷茲、空客等公司主要采用霍爾推力器。兩種推力器本質上一樣，都是用電能將惰性氣體氙氣電離，形成由離子和電子組成的等離子體，離子在電場作用下加速噴出，產生推力。不同的是，離子推力器的電離區和加速區分離，推力器效率更高，比沖更高，缺點是組成復雜，電源種類多；霍爾推力器的電離區和加速區是合一的，因而體積更小，電源種類少，缺點是比沖低，羽流角偏大。“這兩種推力器在國內研制都取得了很大進展，并在實踐九號衛星上開展了搭載試驗。”他說。
周志成表示，目前我國有多家單位完成大功率長壽命多模式電推力器的樣機研制，并通過了長時間穩定點火試驗；小推力長周期聯合姿軌控技術等其他關鍵技術也取得重要進展，達到工程可用要求。同時我國已完成了全電推進衛星平臺方案的詳細設計。“針對國內外用戶需求，我國已經完成多顆全電衛星的項目建議書”。
預計到2020年，我國將實現千瓦級電推進產品的批量化推廣應用，實現快啟動電推進、多模式電推進產品的可靠性提升，完成50千瓦量級大功率推力器主要關鍵技術攻關。
