（本地）兰州制造助实践二十号卫星上太空 510所研制的离子电推进系统达国际

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兰州日报新闻全媒体记者孙力

12月27日，石坚20号卫星在海南文昌卫星发射中心用长征五号运载火箭成功发射。

搭载Practice-20卫星的lips-300离子电推进系统由中国航天科技集团公司第五研究院第510研究所(以下简称510所)研制，拥有完全自主知识产权。它是支撑实践20号卫星优异性能的核心技术，也是评价通信卫星先进性的关键指标。在这次任务中，它将完成在轨轨道控制和轨道转移，同时将进一步验证其寿命、比冲等指标。

产品水平达到国际一流

什么是离子电推进系统？它和以前使用化学燃料的螺旋桨有什么区别？510研究所所长王晓军告诉记者，所谓的离子电推进系统属于所谓的电火箭，是一种非常规的推进系统。它借助电能将工作介质离解成带正电荷的离子和带负电荷的电子，然后通过加速离子获得推力。它的排气速度很高，每秒可以达到几十公里、几百公里甚至更高。传统的化学推进是通过尾部喷射高速气体来实现的。离子推进器也采用同样的喷射原理，但喷射的不是燃料燃烧产生的热气，而是高速的离子流。它提供的推力可能相对较小，但关键是离子推进器需要的燃料比普通化学推进少得多。只要离子推进器能长时间保持稳定的性能，最终会把飞船加速到更高的速度。

王晓军介绍，目前，电力推进系统的应用已经成为国际通信卫星是否先进的标准。国际航空航天工业普遍认为，没有电力推进系统的卫星将缺乏竞争力。“与使用化学燃料排放热气的航天器推进方法相比，电推进技术具有大大减少推进剂燃料和定位更加精确的优点。”他说。

20日本次实践使用的离子电推进系统由4个lips-300离子推进器组成，在卫星固定后，可用于完成整个寿命期内的位置保持任务。自2015年初以来，已有510家研究所承担了这项任务，仅用了一年时间就完成了飞行产品的研发和ait阶段的测试。此外，系统中使用的许多技术，如大发射电流空阴极、环形尖端场放电室技术、精密栅极元件设计和制造技术以及高压大功率功率处理单元技术，都属于510自主知识产权，打破了这些技术的国际垄断。

“lips-300在实践20中的应用具有划时代的意义，标志着我国航天器的飞行动力达到了世界级水平。这也是中国建设航天强国过程中应用的新技术突破。对于位于兰州的510家公司，我们更为自己在国家科技创新和建设航天强国的征途上的使命和贡献感到骄傲。”王小军说。

多重突破，打造最新产品

石坚20号卫星是东方红五号卫星公共平台的首颗试飞星。与国际同类先进卫星平台相比，该平台要求在未来5至15年内具有强大的竞争优势。作为吴栋平台的标准配置，lips-300离子电推进系统是保证平台先进性的核心子系统，也是实施20号卫星最重要的在轨验证项目之一。

目前，电力推进技术已成为高轨道通信卫星的主流推进技术，是否采用电力推进系统已被视为衡量国际上大容量、长寿命、低成本通信卫星平台先进性的重要标志。为了提升我国通信卫星的技术水平，增强国际竞争力，东方红五号卫星公共平台、dfh-4sp等新型地球同步轨道卫星平台均决定采用电力推进系统承担在轨姿态控制和轨道转移任务。作为dfh-5平台的首颗测试星，510研发的lips-300离子电推进产品已投入实际使用。该产品是针对我国新一代卫星平台的应用需求而开发的大功率、高性能、长寿命、多模式电力推进产品。

510电力推进事业部总经理耿海告诉记者，从开发之初，作为lips-300离子电力推进系统核心单机的离子推进器，其性能指标已完全达到国际一流技术水平。要求有两种工作模式，以达到最大推力200 mN、最大比冲4000秒、累计寿命20000小时的高目标要求，满足在轨姿态控制和部分变轨的多任务要求。与上一代产品相比，lips-300大大提高了推力、功率和使用寿命，大大增加了放电室性能、栅极稳定性、阴极发射能力、可靠性和使用寿命保证的设计难度。为了完成任务，510研究所的研究小组继续克服困难。与上一代产品相比，lips-300离子推进器在推力、功率和寿命方面面临更高的挑战。经过大量实验，510名研究人员成功使lips-300实现“四大突破”，即:高性能四极尖端场放电室技术、三重栅极设计和精密制造技术。利用大发射电流空核阴极技术和高可靠性长寿命推力器设计技术，成功完成了lips-300的研发，并实现了国内目标推进系统的两个第一:高比冲和长寿命。

高比冲是lips-300离子推进器的一大突破。那么比冲是多少呢？比冲是单位推进剂产生的冲量。比冲越高，修正轨道消耗的推进剂越少。lips-300离子推进器最大比冲可达4000秒。是什么概念？比如过去使用化学推进时，一颗重5吨的卫星60%的重量是化学燃料。如果使用这项技术，重量可以减轻2.5吨！这意味着以前一次只能发射一颗化学推进卫星的运载火箭，现在可以用来发射两颗功能相同的卫星。搭载lips-300电力推进的卫星仅在发射成本上有50%的折扣，其他潜在收益难以预测。到目前为止，4000秒的比冲是空.之间国内推进系统应用中的最高技术指标为了完成这项任务，510名研究人员在国内电力推进技术领域首次引进并改进了四极环尖端场技术。实现该技术的核心在于协调磁场与等离子体放电的耦合关系，从根本上打破了原有三级场放电室的局限性。

长寿命是lips-300离子推进器的另一个重要特点。在这次任务中，lips-300离子推进器既保证了单颗卫星的保轨任务，又需要满足变轨的任务要求，要求推进器达到2万小时的技术指标。为了解决这个问题，研究团队尝试了可变孔径技术、应力释放技术、微间距热控技术、微间距高压绝缘技术等。，并创新性地采用了三格设计。为了验证该技术的有效性，510所在的地面进行了热现实空试验、1:1寿命试验等。开发团队的成员清楚地记得测试人员在寒冷的冬天测试设备刚刚建成时的坚持，并模糊地记得空夏季洁净室失败时的情形。开发组成员笑着说和推进器一起经历过过热循环和过冷循环。无数个日日夜夜，lips-300离子推进器在实验舱散发出微弱的光芒，就像一轮明月，宁静而美丽。开发商称之为“心中最美的月亮”。

离子电推进系统是航天发展的必然选择

“lips-300离子电推进系统肩负着多么重要的任务？一方面，离子电推进的比冲是常规化学推进的十几倍，可以使卫星携带更多的有效载荷；另一方面，lips-300离子电力推进系统成功地降低了卫星的重量，并将卫星携带的推进剂减少了90%。”耿海表示，与常规动力相比，电力推进系统具有明显优势。一方面，目前我国发射的宇宙飞船一直采用化学燃料推进。为了完成轨道转移、姿态调整和南北位置维护任务，卫星需要携带大量燃料。使用电力推进系统可以大大减少卫星和探测器携带的燃料量，卫星也将“瘦身”,节省下来的空空间可以携带更多的有效载荷。

“卫星本身携带的‘干粮’减少了，多余的空可以得到充分利用，带来巨大的经济效益。”王小军说。

在谈到电力推进技术的未来发展方向时，王晓军说，空的未来发展是广阔的。他指出，在未来，电力推进技术将更多地用于通信卫星、深空探测、large/きだ.引力波探测为了促进电力推进技术的进一步发展，510将投入更多的研究精力，并将新建的研究基地专门用于电力推进技术的研究和产品开发。