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电鼓舞是诈骗电能加热、离解和加速鼓舞剂（工质）形成高速射流而产生推力的一种空间能源时候。一般而言澳门银银河app官方版下载，电鼓舞不错使得鼓舞剂的喷出速率比传统化学鼓舞高出一个数目级。关于一个给定的空间鼓舞任务，接受电鼓舞比接受化学鼓舞不错精真金不怕火更多鼓舞剂，这对航天器联想无疑辱骂常有益的。一方面不错使得航天器联想过程中质地分拨的垂危时势大大缓解；另一方面不错增多灵验载荷的占比，或通过减小航天器质地而斥责放射老本。电鼓舞除了具备比冲高的上风外，还具有推力小且精准可调、寿命长等上风。

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电鼓舞一般通过底下一种或两种方式的结合来达到提高喷气速率的目的：一种是通逾期候技能增多鼓舞剂的热能；另一种是接受电离鼓舞剂并通过电磁场径直对其进行加速。按照使命旨趣的不同，电鼓舞时时不错分为三大类：

（1）电热鼓舞：鼓舞剂通过某种表情的电过程被加热，然后通过喷管蔓延加速喷出。主要包括电阻加热推力器、电弧推力器等。

（2）静电鼓舞：鼓舞剂通过某种方式被电离为带电粒子，离子被静电场加速喷出。主要包括霍尔推力器、离子推力器、电喷推力器等。

（3）电磁鼓舞：鼓舞剂通过某种方式被电离为带电粒子，离子在电场和磁场的结合作用下加速喷出。主要包括可变比冲等离子体推力器、磁等离子体推力器、脉冲等离子体推力器等。

一、电鼓舞的空间应用

自20世纪初电鼓舞的见地提倡以来，履历了一百多年的发展历程。电鼓舞的发展大要可分为4个阶段：1900—1960年为见地提倡和旨趣探索阶段，该阶段对电鼓舞时候进行了大批的表面与实验参议，并开发出离子、霍尔等类型的电推力器原型；1960—1980年为大地和飘动磨练阶段，离子推力器、霍尔推力器等电鼓舞产物进行了在轨考据；1980—2000年为初步应用阶段，电鼓舞产物在营业卫星上的应用使其进一步训诫；2000年以后干与应用快速发展阶段，多种类型的电鼓舞系统在航天器中得到了是非应用。

1980年底，第一颗使用电鼓舞的营业GEO卫星“国际通讯卫星”V2（Intelsat-V2，见图1）放射到手，接受电阻加热推力器用于卫星的南北位置保合手。该推力器的功率为500W，比冲可达到300s，比传统肼基单组元推力器的比冲高约50%。电阻加热推力器用有易于集成和良性故障模式的特质，在那时显走漏弘大的应用上风。1993年，更高性能的电弧推力器初次在“电星”401（Telstar-401）通讯卫星上使用，雷同使用肼鼓舞剂，比冲超越500s。电弧推力器的引入改变了营业卫星商场，推动了电鼓舞时候的是非使用。在这之后，1994年，霍尔推力器（Gals-1，MSS-2500-GSO平台）初次营业使用；1997年，离子推力器（PAS-5，BSS-601HP平台）初次营业使用，这两种推力器的比冲都能达到1500s以上。在南北位置保合手应用的基础上，1998年好意思国国度航空航天局（NASA）的“深空”1探伤器、2003年欧空局（ESA）的“微型先进时候参议任务”1（SMART-1）探月任务和日本六合航空参议开发机构（JAXA）的“隼鸟”1小行星任务、2010年的“先进极高频”1（AEHF-1）及2015年BSS-702SP全电GEO平台，都表露了电鼓舞系统到手完成轨说念篡改等主鼓舞任务的才智。

从发展来看，电鼓舞时候不错本质多种鼓舞任务，触及GEO卫星、LEO卫星、深空航天器和微纳卫星等真实系数需要鼓舞的场地。

图1 第一颗接受电鼓舞的营业卫星Intelsat-V2

（一）GEO卫星

频年来，无论是营业上照旧军事上，对电信奇迹的需求都在束缚增长，GEO通讯卫星发展马上，促进了1~5kW电鼓舞的时候训诫。使用电鼓舞系统的GEO卫星比例合手续增多，从20世纪80年代的平均20%到近几年的超越40%。

从20世纪80年代起，苏联在KAUR-3、KAUR-4等多个平台使用了霍尔推力器，而早期（20世纪90年代中期到2010年前后）好意思欧流行的是电弧推力器和离子推力器，洛马公司的A2100平台和波音公司的702平台引颈了这一趋势。20世纪90年代初，苏联解体后，多家西方公司从火把联想局（EDB Fakel）和克尔德什参议中心（Keldysh）等机构赢得了霍尔推力器时候，由于该时候具备优异的抽象性能，被越来越多的西方公司所接受，如阿尔卡特空间公司（2002年接受）、劳拉空间系统公司和阿斯特里姆公司（2004年接受）。霍尔推力器用有较高的比冲和推功比，以及相干于离子推力器的较低老本，因此相称具有勾引力，现在成为GEO卫星最常用的电鼓舞方式。电阻加热推力器由于价钱便宜，集成和使命模式相对浮浅，仍被用于轨说念科学公司的GEOStar-2平台上。

电鼓舞应用于轨说念晋升最具有代表性的案例是拯救AEHF军用通讯卫星。洛马公司为好意思国空军联想的AEHF卫星接受5千瓦级多模式霍尔电鼓舞系统本质放射后的部分轨说念晋升和在轨位置保合手任务。2010年，首发星AEHF-1卫星放射后，远处所的化学发动机出现故障未能使命，最终由霍尔电鼓舞系统完成大部分的轨说念晋升使命，确保了卫星14年的展望寿命。2015年头，波音公司委用了第一颗接受XIPS-25离子推力器的全电鼓舞卫星，使得电鼓舞用于轨说念晋升任务达到顶峰。由于电鼓舞的高比冲特质，全电鼓舞卫星有规划的质地大大减小，因此不错将2颗GEO通讯卫星（“亚洲播送卫星”3A和“欧洲通讯卫星”115 West B）堆叠在一都放射，费效比成倍减小。

电阻加热推力器、电弧推力器、离子推力器和霍尔推力器等4类推力器都被用于GEO卫星，其中离子推力器和霍尔推力器用有更高的比冲和更长的寿命，渐渐取代了电阻加热推力器和电弧推力器。表1给出了国际上主要GEO卫星平台及航天器电鼓舞的使用情况。

表1 国际上主要GEO卫星平台及航天器使用电鼓舞的情况

（二）LEO卫星

LEO卫星不错本质多种任务，如地球不雅测、大气监测、低蔓延对地通讯和纯科学任务等。与GEO卫星不同，LEO卫星是微型的低功率平台，由于太阳能电板板的尺寸有限，一般只可产生数百瓦的电能，因此时时只可复旧低功率的电鼓舞系统。

现在，LEO卫星也曾使用了7类电鼓舞时候，差异是电喷推力器、电阻加热推力器、电弧推力器、空腹阴极推力器、脉冲等离子体推力器、离子推力器和霍尔推力器。最早在LEO上到手使用电鼓舞的卫星是1981年放射的TIP/Nova，该卫星使用脉冲等离子体推力器进行精准的轨说念规矩。“铱”星星座从1997年首发，共计放射了95颗一代“铱”星，每一颗“铱”星都包含一个MR-501电阻加热推力器，用来本质轨说念修正和离轨任务。

最近几年，跟着电鼓舞时候的愈加训诫和LEO任务鼓舞需求的增多，LEO卫星上电鼓舞系统的使用在快速增多。在多种推力器中，霍尔推力器也曾越来越占主导地位。最为杰出的是天际探索时候公司（SpaceX）的“星链”规划（见图2）。SpaceX策划统统部署4.2万颗“星链”卫星，单颗卫星的质地约为290kg，使用氪工质的霍尔电鼓舞系统。“星链”规划从2019年首发，规矩2023年9月，已放射5070颗卫星，在轨卫星4724颗，是现在卫星在轨数目最多的互联网星座。一网公司的“一网”（OneWeb）星座策划开荒6372颗卫星，规矩2023年9月，也曾放射了636颗卫星（见图3）。“一网”星座单颗卫星的质地约为147kg，接受了300W的SPT-50M霍尔推力器，由于俄乌突破，后接受好意思国Busek公司的BHT-350霍尔推力器。

图2 SpaceX 的“星链”卫星

图3 “一网”星座卫星

2021年，“天和”中枢舱放射，在化学鼓舞的基础上，接受4台80mN霍尔推力器本质大气阻力赔偿任务，为国际上初次将电鼓舞应用于载东说念主航天范围，况兼该霍尔电鼓舞系统可在轨更换推力器和煦瓶，从而具备遥远在轨使命的才智。表2给出了国际上主要LEO卫星及航天器使用电鼓舞的情况。

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表2 国际上主要LEO卫星及航天器使用电鼓舞的情况

（三）深空探伤器

在曩昔二十多年中，电鼓舞被应用于10个深空探伤器上，如表3所示。由于离子推力器的比冲较高，其中有7个任务使用其行为主鼓舞。电鼓舞的高活泼性使得深空探伤器约略本质复杂的小行星交会和取样复返任务，兑现传统化学鼓舞无法兑现的功能，如NASA的“早晨”任务在灶神星和谷神星都到手地完成了轨说念插入；日本的“隼鸟”1任务演示了若何使用电鼓舞系统来推动航天器复返地球，完成采样复返。

表3 使用电鼓舞的深空任务

2003年，欧空局放射“微型先进时候参议任务”1前去月球，探伤器重约360kg，接受法国斯奈克尔公司制造的PPS 1350霍尔推力器，演示了电推力器用于深空探伤的可行性和实质性能，最近的任务是“双小行星重定向测试”（DART）。2021年11月，DART航天器通过SpaceX“猎鹰”9火箭放射腾飞，用以测试小行星偏转时候，以保护地球免受畴昔潜在的小行星冲击。DART接受化电羼杂鼓舞系统，其中电鼓舞接受NEXT-C离子推力器（见图4），比冲高达4170s，与1998年、2007年差异放射的“深空”1和“早晨”航天器的NSTAR离子推力器比较，推力晋升了3倍。2022年9月，NASA的NEXT-C离子推力器在DART任务中到手进行了测试，航天器到手撞击了Didymos双小行星系统的小行星Dimorphos。2023年10月，NASA“灵神星”探伤器搭载“猎鹰重型”火箭放射，方针是探索富含金属的小行星——灵神星，该探伤器接受4台Maxar时候公司的SPT-140 5kW霍尔推力器，这是第一个在月球轨说念以外使用霍尔推力器的深空探伤器案例。

图4 NEXT-C离子推力器

现在，NASA正在开展月球“家数”表情参议，其中电源和鼓舞单元（PPE）将接受3台Aerojet Rocketdyne公司研制的基于12.5kW磁屏蔽霍尔推力器（HERMeS，见图5）的先进电鼓舞系统和4台Busek公司研制的6kW霍尔推力器。

图5 12.5kW磁屏蔽霍尔推力器

深空探伤任务具有高风险和高老本的特质，现在很多任务仍然接受训诫的化学鼓舞系统，如2023年4月放射的“木星冰卫”（JUICE）探伤器接受化学鼓舞系统，但鼓舞剂质地占总质地的58.3%。跟着时候的束缚逾越，东说念主们对使用电鼓舞时候的信心束缚增强，由于其比冲高的上风，使用电鼓舞系统的深空探伤器将会越来越多。

（四）微纳卫星

微纳卫星近些年来得到马上发展，其具有体积小、老本低、开发周期短、放射方式灵活、可编队组网等上风，应用范围主要包括对地不雅测、新时候磨练、空间环境探伤和通讯导航等方面。大部分微纳卫星联想浮浅，行为时候考据星进行低老本的飘动实验，因此在许厚情况下，任务联想不需要或者不包括鼓舞系统。不外跟着微纳卫星数目的马上增多和任务的扩展，将会诈骗这些卫星本质要求更高、更复杂的任务。佩戴电鼓舞系统的卫星不错束缚地赔偿阻力，使其在轨时期延长，况兼在职务收尾后不错进行离轨操作。

微纳卫星基于自身特质对鼓舞系统提倡了一些新的要求：第一，鼓舞系统需要输出相对较低的推力，范围在微牛到毫牛之间。第二，需要鼓舞系统在较低的功率水平使命。微纳卫星的太阳能电板板面积有限，因此可用电力有限，可用电力的典型值取决于卫星的大小，从1U立方星（体积为10cm×10cm×10cm）的5W到50kg级卫星的几百瓦之间。第三，推力器系统具有较轻的质地和较小的体积。证据卫星的大小，鼓舞系统的可用体积从不及1/4U到几个U不等，体积规矩意味着鼓舞系统的湿重只可达到几千克。

2006年，包含电鼓舞的微纳卫星ION放射，其接受了真空电弧推力器（VAT），由于“第聂伯”（Dnepr）输送火箭的故障，任务失败。而后，微纳卫星上也使用了其他类型的微电推力器，包括微脉冲等离子体推力器、电喷推力器、电阻加热推力器等。

用于微纳卫星的其他推力器时候也正在马上发展，举例，日本Pale Blue公司研制的水基鼓舞系统于2023年3月到手在近地轨说念上进行测试。马歇尔航天飘动中心在实验室考据了使用先进航天器高能无毒鼓舞剂（ASCENT）的双模鼓舞模式。2021年3月放射的意大利GAUSS公司的UNISAT-7立方星，配备了T4i公司的REGULUS无电极射频离子推力器，工质为碘。由于系数的微电鼓舞时候仍处于时候训诫的相对早期阶段，况兼具有雷同的鼓舞本性，现在还无法预测哪一种时候将成为主导。

二、电鼓舞发展趋势

2023年4月，商场谍报公司Straits Research发布了大师卫星电鼓舞商场分析确认。确认指出，2022年大师卫星电鼓舞商场价值5.4371亿好意思元，展望到2031年将达到7.8059亿好意思元，在预测期内（2023—2031年）将以4.10%的复合年增长率增长，由此可见，电鼓舞的商场份额将合手续扩大。

现在，电鼓舞正朝着多模式、龟龄命、大功率的方针发展，应用范围也在进一步拓展，全电鼓舞成为GEO平台等发展的进军方针，以小功率霍尔推力器为代表的电鼓舞在低轨卫星上的应用也越来越是非。以电鼓舞应用历程和近况为基础，从时候自己的发展层面和应用层面来看，未回电鼓舞呈现出以下发展趋势。

（一）向多模式方针发展，提高任务适当才智

传统电鼓舞具有一个使命点，即功率、推力、比冲等基本不变，因此只可承担诸如在轨位保等单一任务，适当才智较差。频年来，GEO卫星及全电鼓舞平台的轨说念篡改、位置保合手和姿态规矩等任务对电鼓舞的功率、推力和比冲等野心需求互异大，需接受多模式电鼓舞时候。现在，好意思、俄、欧等新研的电鼓舞真实都具有多模式的才智，任务适当才智强，举例，好意思国BPT-4000多模式霍尔推力器的功率解救比可达22:1，约略适当GEO平台、全电鼓舞平台和深空探伤主鼓舞等多种任务。

（二）功率范围束缚扩展，以适当不同范畴的航天任务要求

频年来，蕃昌发展的细小卫星及畴昔载东说念主深空探伤等大型航天任务要求电鼓舞从现存的中功率范围拓展至0.1~100kW。

小卫星是航天活动的进军范围，干系词，它们大都不含鼓舞系统，活泼性差、姿控精度低、在轨时期短，无法充分融会上风，接受低功率电鼓舞将极大提高小卫星的性能和寿命，功率为数百瓦的霍尔推力器将成为重心应用对象。

好意思、俄、欧等正面向载东说念主深空探伤、星际货色输送等范围研制牛级推力、功率达数十千瓦至兆瓦级的大功率电鼓舞安装，单台推力器的最大磨练功率达4MW。参议标明，接受功率为200MW的大功率等离子体电鼓舞和质地功率比为1kg/kW的核电源，可将载东说念主火星探伤任务的地火轨说念篡改时期裁减至39天。

（三）鼓舞剂各样化及贮供微型化

现在，在轨应用的霍尔及离子推力器大部分接受氙气行为鼓舞剂，天然抽象性能较好，但由于氙气在地球上含量很少，是以价钱相称腾贵。为了斥责老本，接受其他较为低价的鼓舞剂（如氪气、氩气等）将成为现在主流电鼓舞时候的进军发展方针。SpaceX在第一代“星链”上也曾使用氪气行为工质，据估算，氙气的价钱为3000~10000好意思元/kg，而氪的价钱约为500~1500好意思元/kg，这为SpaceX量入计出了数亿好意思元。第二代“星链”（V2 mini）配备了氩工质霍尔推力器，这无疑是大幅斥责商用卫星老本的又一变革性时候，99.999%的纯氩价钱为5~17好意思元/kg。此外，固体鼓舞剂时候（铋、镁、锂、碘）的应用将极大安闲鼓舞剂贮存的难度，幸免了高压贮存的风险，但其物理和化学本性对贮供系统、推力器和功率处理单元（PPU）等均提倡了适当性校正以致接受全新有规划的需求。

为了进一步安闲系统质地、简化系统结构、提高贮供系统的规矩精度，隆盛多模式电鼓舞时候的应用需求，基于可变结构的鼓舞剂流量输送时候将成为电鼓舞贮供系统的进军发展方针之一。基于可变结构的节流时候具有可大范围连接解救、解救线性好、耐压力波动性能好、动作反馈速率快、结构紧凑、系统质地轻及功耗小等优点。此外，为了隆盛细小功率电鼓舞时候的小质地、小尺寸和高集成度的时候需求，基于微机电系统（MEMS）时候的微型鼓舞剂贮供系统取得了长足的时候逾越。

（四）正在拓展航天应用范围

电鼓舞的航天应用范围正在束缚拓展，如大速率增量深空探伤任务和低、高轨遥感任务等。

在深空探伤任务中，尤其是速率增量很大的小行星伴飞、取样复返及太阳系生手星探伤等，诈骗化学鼓舞会酿成鼓舞剂佩戴量过大，某些任求实质上无法兑现，电鼓舞是上风显豁以致是独一可行的主鼓舞方式。

重力梯度卫星、超低轨遥感卫星等需要在极低的轨说念遥远运转，化学鼓舞由于比冲低、推力过大而无法完成无拖曳规矩、阻尼赔偿（轨说念保管）、大速率增量轨说念篡改、遥远在轨等任务，接受电鼓舞时候是势必的聘用。

高轨遥感卫星使命时需要很高的姿态庄重度，电鼓舞由于推力较小，使命时对卫星平台所产生的扰动也极小，可在卫星不中断奇迹的前提下本质位保任务，有益于提高卫星使用完毕。

（五）某些任务工况较为固定的航天器将兑现全电鼓舞联想

电鼓舞现在主要以化电羼杂鼓舞的方式应用，某些任务工况较为固定的航天器（如GEO卫星和某些小卫星）正在向全电鼓舞方针发展。但要防御到，好意思、欧等的全电鼓舞GEO平台有规划是在电鼓舞研发才智过头应用发展到较高进程的先决要求，以及在商场竞争和一箭双星等拘谨要求下提倡的，以赢得最大的经济效益。全电鼓舞平台存在电鼓舞推力小、轨说念篡改时期长的污点，因此，关于具体应用任务，不成单方面追求使用全电鼓舞，而应该证据实质需求，并结合输送火箭、大地测控等大系统范围的拘谨要求，对各样鼓舞方式进行组合优化，从而兑现效益的最大化。

三、我国电鼓舞发展建议

我国自2012—2013年完成霍尔、离子电鼓舞的初次在轨考据以来，最近十年取得了长足的发展，兑现了在空间站、低轨卫星、GEO卫星等数十个航天器上的工程应用。同期也要看到，我国的电鼓舞研发在原始革命、研发完毕、产物训诫度、在轨应用方面与国际尚存在较大的差距。为了更好地推动我国电鼓舞的发展，提倡如下建议。

（一）加大航天器总体单元的牵引力度

证据我国畴昔的航天探索任务策划，总体单元需要加强需求分析，牵引电鼓舞时候的发展，为后续加速工程化研发奠定基础。我国空间站接受80mN霍尔推力器本质大气阻力赔偿任务，通过型号牵引和研制过程的引颈把关，有劲地促进了我国电鼓舞工程化的发展，是一个很好的法式，应鼎力推行。

（二）构建产学研大配合的面容

纵不雅电鼓舞的发展史，每项时候的发展都是从表面革命、时候研发到工程应用的完好时候革命旅途。要兑现我国电鼓舞时候的革命和超越，需要构建产学研大配合的面容，以航天企业为时候应用方，以高校为表面革命和时候复旧方，以科研机构为时候攻关方开展合作，互相配合，融会高校表面基础强、科研院所攻关反馈快、航天企业工程化教化丰富的抽象上风，形成我国电鼓舞革命发展的协力。

（三）加速电鼓舞产物化及产业化的方法

诈骗低轨卫星星座来兑现低蔓延互联网接入的营业商场正在马上崛起，如“星链”“一网”星座等。卫星星座辞天下范围内的蕃昌发展为电鼓舞提供了渊博的商场，同期也对电鼓舞产物化和低老本提倡了更高的要求。因此，要针对互联网卫星星座的新需求，惩办好电鼓舞通用化、系列化、模块化等问题，使得电鼓舞产物成为“货架产物”，隆无际范畴的空间应用需求。同期需要加速坐褥线开荒，提高产物研制配套才智。敏捷坐褥的低老本电鼓舞系统是兑现低轨星座的进军复旧，需要从研发经由、联想法子等层面开展相应电鼓舞系统的研发、坐褥使命，提高坐褥完毕，斥责老本。

（四）尽早布局新式电鼓舞时候

航天发展于今，有很多空间任务因为能源问题成为“不可能”，如载东说念主火星探伤等较大范畴的星际飞行任务，尚莫得一款灵验的能源惩办有规划。电鼓舞行为最具上风的空间能源时候，是兑现航天任务由“不可能”到“可能”最具后劲的能源类型之一。非凡是基于空间核能的极高功率电鼓舞时候也曾融会出惩办有些“不可能”空间任务的可能性，需要在该方针尽早狡计布局。另外，要加强电鼓舞“时候推动”的深度和广度，当令提倡电鼓舞的新见地和新表面，研发新式电鼓舞产物，反哺航天时候，将很多“不可能”变为“可能”。

（本文赢得国度天然科学基金重心表情（U22B20130）的支合手，原刊载于《中国航天》2023年第11期）