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中国航天大步迈向电推进时代,2015年有望全面应用于航天器
热度 2 xiaguangqing 2014-2-7 23:00
http://www.wokeji.com/shouye/guonei/201401/t20140104_619419.shtml 由中国航天科技集团五院(中国空间技术研究院)510所自主研制的我国首台200毫米离子电推进系统,在经过我国“实践九号”卫星空间飞行试验验证后,迎来了正式应用于航天型号研制过程中最为关键的一步。日前该系统在长寿命地面考核试验中已持续工作超过一万小时,为其在我国人造卫星、载人飞船等航天器上的广泛应用铺平了道路。 记者从五院获悉,未来中国航天将要开展火星、木星和库伯带小行星等一系列深空探测活动,要更经济、高效地完成这些任务,电推进技术将是不二选择。 电推进技术将开启航天领域新革命 关于电推进技术,五院专家评价说,它将开启航天领域又一次革命。 正如汽车的核心是发动机一样,推进系统也是航天器的核心。相比以往航天器所用燃烧化学燃料排出炽热气体的推进方式,离子电推进技术采用的是喷出带电粒子或离子的新方式,具有大幅减少推进剂燃料、操控更灵活、定位更精准、推进速度增量更高等显著优势。因此,国际宇航界已将电推进列为未来十大尖端技术之一,并将其作为衡量未来大容量、长寿命卫星先进性的重要“标杆”。大力发展电推进技术也成为各航天大国的共识。 据美国国家航空航天局计算,离子电推进系统的推进能力是化学燃料的10倍,同时对发射窗口的要求也不那么严格。因此,该技术将是人类向更深更远太空进发的必备利器。 五院510所所长张伟文表示,以往航天任务中,航天器需携带大量燃料,不仅占用空间,还大大增加了自身重量。以我国目前通信卫星主要采用的东方红4号卫星平台为例,卫星重量达到4.8吨,其中燃料占大部分,需要两个1400升的贮箱来容纳。但如果采用离子电推进系统,可节省燃料80%,使卫星“瘦身”至1.8吨。省出来的这些空间和重量,可以安装更多科学设备载荷,实现“一颗卫星抵多颗用”的新跨越,甚至航天器的研制模式都将从根本上发生改变,使空间活动的经济效益和太空科学探索的效率得到显著提升。 1998年,美国探测彗星的深空1号首次将离子推进器作为主力推进系统用于深空飞行。目前国际上电推进技术的应用已日益广泛,2012年,美国完成了全电推进平台——波音702SP的设计;日本“隼鸟”太空探测器和欧洲“智慧1号”探月器也对电推进技术进行了空间试验。 我国电推进技术已达国际先进水平 作为我国航天事业“国家队”,五院始终把自主创新作为改革发展的必由之路和根本保证,其所属510所也成为国内电推进技术研究及试验验证的“领跑者”。 据介绍,上世纪70年代初,510所与国外宇航界同期启动开展了电推进技术攻关,准确选定了离子电推进这一目前国际电推进技术发展的主流方向,并成功研制了直径80毫米的汞离子电推进系统,该成果于1987年获得国家科技进步一等奖。随后十余年间,在没有具体型号任务牵引、缺乏经费支撑的困境中,该所坚守理想,保留核心专业研究队伍,自筹资金持续不断开展技术攻关,又成功研制了90毫米氙离子电推进系统。 1999年,国家加大了对离子电推进系统发展的支持力度。510所趁势而发,在积极争取国家项目立项,取得集团、五院创新基金支持的同时,加大了自主投入力度,相继研制成功具有自主产权的电推进系统及其核心单机产品,在空心阴极与精密栅极组件设计和制造技术、气路高压绝缘技术、微小气体流量的精确控制技术等领域实现了全面突破。2007年该所从工程样机起步,在不到5年的时间里,研制成功200毫米离子电推进系统,走完了国外同阶段耗时近10年才走完的路。该系统装载在2012年发射的“实践九号”卫星上,经过长达一年的在轨飞行试验考验,表现优异。据专家评价,该系统已达到国际先进水平,一些主要技术指标优于国外同类产品。 2015年有望全面应用于我国航天器 近年来,电推进系统越来越受到青睐。目前国际上已发射和计划发射的离子电推进系统航天器数量已经突破50颗,数据分析显示,在未来国际宇航发射中,采用电推进系统的航天器所占比例将进一步扩大。面对竞争激烈国际宇航市场,我国如果不加快该技术的发展,意味着在未来竞争将失去主动权,甚至会把前一阶段辛苦打拼下来的国外市场份额拱手相让。 据介绍,510所将继续高擎引领我国电推进技术发展的大旗。张伟文表示,当前该所以国防科技重点实验室建设为契机,将电推进技术纳入国家级创新平台,并积极争取到民用航天预先研究、载人航天预先研究及国防基础科研等多方面支持,组建了一支专门从事电推进技术创新的研发队伍。该所自主投入研发了300毫米离子电推进系统等产品,可以满足我国未来东方红五号平台和全电推进卫星平台的应用;研制的100毫米、140毫米霍尔电推进系统,可以满足低轨卫星的轨道维持等推进需求。同时该所加快了新技术的试验验证,通过建造我国目前技术最先进、种类最齐全的电推进专用大型试验设备系统,开展了各类长寿命、高可靠试验,为电推进系统在我国航天器上广泛应用奠定了基础。 张伟文透露,预计2015年前后,510所自主研制的电推进系统将在我国航天器上全面应用,从而大大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、载人航天空间站等航天器的整体技术水平和整器性能,进一步增强我国商业卫星的国际竞争力。
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英国将为欧空局水星探测之旅提供电推进动力系统
xiaguangqing 2010-3-16 11:41
( http://www.cas.cn/xw/kjsm/gjdt/201003/t20100316_2798168.shtml ) 电推进是深空探测任务可行的动力系统 欧洲空间局将于2014年对水星展开探测,图为比皮科伦坡探测器(来源于ESA) 一次“令人生畏”的水星之旅将要开始,而为航天器提供推进系统的是英国最大的科研组织。 据悉,欧洲空间局(ESA)的比皮科伦坡(BepiColombo)探测器将于2014年发射升空,这是欧洲首次尝试探测水星。而英国的奎奈蒂克(QinetiQ)技术集团与欧洲宇航防务集团下属的阿斯特里姆(Astrium)公司签署了价值2300万英镑的合同,将为欧空局的比皮科伦坡探测任务提供太阳能电推进器系统。 水星是太阳系中最靠近太阳的星球,温度可达470摄氏度。这项任务给欧空局带来了一系列令人生畏的技术挑战。水星上的太阳辐射强度是地球的10倍,不仅如此,到达水星需要6年时间,而且需要巨大的能量来抵抗太阳的引力。 欧航局主管科学与机器人探险的David Southwood教授说:“作为离太阳最近的行星,到达水星具有很大的难度;所以要解决这些技术挑战,先进的电推进系统是必不可少的一部分。” 他补充说:“这个任务的目标非常重要:水星的特殊性质经常让行星科学家惊讶和困惑,因此探测水星成为了一项艰巨的科学挑战。” 奎奈蒂克公司的太阳能电推进系统由4个T6离子推进器组成,选择它们是因为与航天器推进系统过去传统上使用的化学助推器相比,前者的效率要高10倍左右。 除了这个电推进系统之外,比皮科伦坡探测器还将靠行星引力的助力几次调位,绕金星“近旁转向”,并且利用地球和水星的引力场加速。 阿斯特里姆公司主管地球观察、导航与科学的Mike Healy博士说:“太阳能电推进系统对比皮科伦坡探测任务来说是一个关键的要素。” 助推器使用惰性气体氙气作为助推剂,这种技术已经在欧空局的重力场与稳态海洋环流探测器(GOCE)上验证过。目前,GOCE正在轨道上运行,测量地球的重力场。奎奈蒂克集团首席执行官Graham Love说:“过去这一年极其令人兴奋。我们的小型T5离子发动机首次获得了在GOCE航天器上的轨道内运行资格。现在比皮科伦坡已经确认将采用T6离子发动机解决方案。”他说:“电推进器使人类第一次有可能执行深太空任务,从而显著提高了这些任务的效率,并进一步加强了今后的通信卫星运作。”
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电推进专著——Fundamentals of Electric Propulsion Ion and Hall Thrusters
热度 1 xiaguangqing 2010-1-20 16:22
Fundamentals of Electric Propulsion Ion and Hall Thrusters 内容提要: 本书主要介绍了离子推力器和霍尔推力器的主要基本理论及其在空间推进中的应用。大致内容分为以下几个部分:一、介绍了电推进技术的背景,原理以及相关等离子物理的基础知识;二、介绍了离子推力器中等离子体产生机制、加速机制、栅极系统以及空心阴极等主要结构和组成等;三、介绍了霍尔推力器的基本原理、性能以及物理测试模型等。最后还介绍了离子推力器和霍尔推力器羽流的基本特性及其飞行测试状况。 书籍下载(五个压缩包): Part 1 Part 2 Part 3 Part 4 Part 5
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离子推进卫星提高地球与火星间通信能力
xiaguangqing 2009-10-22 19:52
离子推进卫星提高地球与火星间通信能力    地球和火星之间的直接通信会被太阳强烈干扰甚至封锁,每次持续数周,中断人类未来造访火星的任务。来自欧空局和英国的工程师们可能已经找到了解决方案采用新型轨道与连续离子动力推进相结合的方式。      欧洲研究人员研究了影响未来人类火星任务可能出现的关键问题的解决方案:如何确保无线电通信的稳定性,即使在火星和地球直线位于太阳两侧,所有的地面对火星任务控制信号都被封锁的情况下。这种情况被称为交合(conjunction),每780天出现一次。      火星通信问题的解决方案是在火星附近特定的轨道(B-orbit)上放置两颗通信中继卫星。然而,为使卫星不受重力影响保持在原位,他们将安装先进的电离子推进器。      离子推进由太阳光提供动力,以微量的氙气作为推进剂,将使卫星停留在地球和火星的轨道之间。卫星就能够在交合期间中继火星与地球之间的无线电信号,确保在火星的宇航员和地球的联系。 (中国航天工程咨询中心 侯丹 陈菲) New Concept May Enhance Earth-Mars Communication http://www.sciencedaily.com/releases/2009/10/091016094030.htm ScienceDaily (Oct. 16, 2009) Direct communication between Earth and Mars can be strongly disturbed and even blocked by the Sun for weeks at a time, cutting off any future human mission to the Red Planet. An ESA engineer working with engineers in the UK may have found a solution using a new type of orbit combined with continuous-thrust ion propulsion. The European researchers studied a possible solution to a crucial problem affecting future human missions to Mars: how to ensure reliable radio communication even when Mars and Earth line up at opposite sides of the Sun, which then blocks any signal between mission controllers on Earth and astronauts on the red surface. The natural alignment, known as a conjunction, happens approximately every 780 days, and would seriously degrade and even block transmission of voice, data and video signals. The research findings were released this week at the 60th International Astronautical Congress (IAC), the world's biggest space event, being held in Daejeon, South Korea. This new solution is one result of a 100 000 study funded by ESA's General Studies Programme to catalogue non-traditional orbital zones throughout the Solar System that could be exploited thanks to emerging propulsion technologies. According to the paper, Non-Keplerian Orbits Using Low Thrust, High ISP Propulsion Systems, an innovative solution to the Mars communication problem may be found by placing a pair of communication relay satellites into a very special type of orbit near Mars: a so-called 'B-orbit' (in contrast to an 'A-orbit', based on natural orbital laws). However, to counter the effects of gravity and remain in place, they would have to be equipped with cutting-edge electric ion propulsion. The ion thrusters, powered by solar electricity and using tiny amounts of xenon gas as propellant, would hold the satellites in a B-orbit in full view of both Mars and Earth. The satellites could then relay radio signals throughout the MarsEarth conjunction season, ensuring that astronauts at Mars were never out of touch with Earth.
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美国Aerojet公司和日本NEC公司共同研发离子推进系统在卫星中的应用
xiaguangqing 2009-8-13 08:09
http://www.spacechina.com/zxyzx_gjht_Details.shtml?recno=61482 美国Aerojet公司与日本NEC公司宣布,将联合探究低功率离子推进系统用于美日宇航市场的可行性。 由于具有更高的燃料效率,离子推进系统能够用作地球同步卫星的推进系统和深空任务。日本宇宙航空研发机构(JAXA)与NEC已联合研制了一台低功率微波离子发动机,它利用微波产生离子,具有寿命长和任务可靠性高的特征。 NEC的微波离子发动机目前正在执行JAXA的HAYABUSA小行星探测与研究任务。该任务已在太空运行超过30000小时,验证了离子发动机的坚固和可靠性。Aerojet的电子推进产品目前应用于150多颗运行卫星上。 (陈菲 曲佳) http://www.space-travel.com/reports/Aerojet_And_NEC_To_Develop_Ion_Propulsion_Systems_For_Satellites_999.html Aerojet And NEC To Develop Ion Propulsion Systems For Satellites Aerojet's electric propulsion products are currently flying on more than 150 operational satellites and span a broad range of electric propulsion products. by Staff Writers Sacramento CA (SPX) Aug 05, 2009 Aerojet and NEC Corporation have announced that the companies will jointly explore the feasibility of jointly supplying low power ion propulsion systems for the U.S. and Japanese aerospace markets. Ion propulsion systems can be used for geosynchronous satellite propulsion systems and deep space missions providing significant advantages over traditional chemical propulsion systems due to the higher fuel efficiency. Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) and NEC have jointly developed a low power Microwave Ion Engine that uses microwaves for ion generation, enabling long life and high mission reliability. NEC's Microwave Ion Engine is currently flying on JAXA's HAYABUSA asteroid rendezvous and study mission, and has proven to be robust and reliable, with more than 30,000 hours of in-space operation. Aerojet is a leading supplier of satellite propulsion systems in the United States and has broad experience and technical capabilities with satellite propulsion systems, said Kunio Kondo, senior general manager, Aerospace and Defense Operations Unit, NEC Corporation. Collaborating with Aerojet will help NEC to expand its low power Microwave Ion Engine business in the U. S. market. Aerojet's electric propulsion products are currently flying on more than 150 operational satellites and span a broad range of electric propulsion products. Dr. Roger Myers, general manager of Aerojet's Redmond operations, states that the low power Microwave Ion Engine from NEC provides an excellent complement to Aerojet's broad electric propulsion product offerings. 小知识:微波离子推进简介 离子推进又称为微波电子回旋共振离子推力器,是一种基于微波电子回旋共振放电技术的新式静电型离子推力器,该推力器具有无电极烧蚀、寿命长、比冲高、可靠性高等优点,适用于深空探测等长航时空间飞行任务。
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