在人類利用和探索太空的過程中,霍爾推力器被公認是衛星調整姿態首選推進裝備,而電推進系統本身又是火箭的一種,有一個通俗的名字叫“電火箭 ”。與通過燃燒化學推進劑燃料獲得動能的火箭不同,霍爾推力器通過將電子約束在磁場中,并利用加速陽離子來獲得推力,擁有結構簡單、高比沖、高效率等優點,這項技術一直是美國、俄羅斯和歐洲航天技術的優勢所在。1月17日,航天科技集團通過官方微博發布的消息稱,中國已經研制出了首款牛級霍爾推力器,實現了霍爾電推力器從毫牛級向牛級的重大跨越。
據悉,由航天科技集團六院研制的中國首款20千瓦大功率霍爾推力器圓滿完成了點火試驗,點火累計時長達8個小時,點火次數超過了30次。該推力器的實測推力1牛,比沖達3068秒,效率大于70%,性能指標達到了國際先進水平。
據介紹,中國在這款牛級推力霍爾推器的設計中采用了空心陰級中置、磁屏蔽長壽命等新技術,推進器具有推力大、比沖高、可靠性高和工作壽命長的優點。未來可以廣泛應用于大型地球靜止軌道衛星、深空探測器、大型全電推進平臺、地球軌道空間運輸平臺和太空擺渡車等平臺,成為理想的動力。
霍爾推力器與傳統的化學火箭相比在能源消息量方面差距很大,同樣的宇航任務,使用霍爾推器器需要消耗的推進劑只有化學火箭的1/10。第二個優勢是可以通過太陽能帆板獲得取之不盡的能源,目前各國發展的“電火箭”主要還是利用太陽能,也可以叫“太陽能電火箭”。當然,如果要獲得推力更大的霍爾推器,最好的選擇還是使用推進劑,常用的推進劑包括氫、氮、氬等,最理想化的是通過可控核聚變來給航天器提供能源,然后再利用霍爾推力器來實際星際航行。
中國航天人多年來一直在霍爾推力器方面加強攻關。早在2016年,中國航天科技集團五院502所就研制出了首個磁聚集霍爾推進器。相較美俄同類產品,在比沖、效率等性能指標方面提升了20%以上。此次中國實現電火箭推力實現牛級的突破,進一步完成了對美俄歐在技術上的趕超,并為未來發展更大推力的電火箭打下了基礎。
目前電火箭最大的缺點就是推力過小,因此只能使用化學火箭把航天器從地面發射到太空。然后再利用電火箭實現航天器的姿態控制、位置保持、變軌和星際航行等任務。隨著中國電火箭技術的進步,未來發展高軌道通信衛星的重量就可以大大下降,原來一顆5噸重的高軌衛星其中3噸是化學燃料,使用電火箭推動可以讓衛星減量2.5噸。當然,如果使用同樣多的化學燃料,使用電火箭的高軌道衛星的機動能力將會獲得大大提升。
中國更長遠的規劃是開發地月空間的經濟,需要研制地球軌道空間運輸平臺和太空擺渡車,同樣也離不開電火箭技術的進步。