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為“中國星”裝上先進“發(fā)動機”——中國航天人如何攻克電推進技術(shù)難關(guān)?
新華社北京4月23日電題:為“中國星”裝上先進“發(fā)動機”——中國航天人如何攻克電推進技術(shù)難關(guān)?
新華社記者張文靜、白國龍、王博
前不久,中國成功發(fā)射實踐十三號衛(wèi)星,讓中國航天人為之振奮。原因之一是電推進技術(shù)首次在中國衛(wèi)星上得到應(yīng)用,這標志著中國電推進技術(shù)正式邁向工程應(yīng)用階段,比肩國際一流。
電推進技術(shù)是什么?它對中國航天有多重要?歷時43年的技術(shù)攻關(guān)之路有多難?在第二個“中國航天日”前夕,記者來到蘭州空間技術(shù)物理研究所(中國航天科技集團公司五院510所),從電推進技術(shù)研發(fā)專家口中尋找答案。
“解鎖”電推進“新技能” 比肩世界一流
如同汽車的核心是發(fā)動機一樣,推進系統(tǒng)是衛(wèi)星等航天器的核心。
傳統(tǒng)的衛(wèi)星“發(fā)動機”通過攜帶化學(xué)燃料,經(jīng)燃燒后將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成動能形成推力,來保持衛(wèi)星的軌道位置。
中國航天科技集團公司五院實踐十三號衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮周志成說,實踐十三號衛(wèi)星的電推進系統(tǒng)采用的是氙離子推力器,是對衛(wèi)星太陽帆板轉(zhuǎn)化來的電能做高電壓處理,用上千伏的電壓將氙氣在真空中電離,通過加速柵極噴射出來從而獲得調(diào)整衛(wèi)星軌道的推力。
蘭州空間技術(shù)物理研究所型號指揮劉奎武說,電推進系統(tǒng)比常規(guī)的化學(xué)推進效能提升10倍,可延長衛(wèi)星壽命,幫衛(wèi)星省去90%的化學(xué)燃料,大大減輕發(fā)射重量,提高定位精度,正逐漸成為世界各國衛(wèi)星推進系統(tǒng)的主流。
據(jù)介紹,人類用電能作為航天器“發(fā)動機”的構(gòu)想,已有60多年歷史。上世紀90年代末,電推進技術(shù)在美國、俄羅斯等西方國家的航天器上已率先應(yīng)用。出于安全可靠考慮,當(dāng)時的衛(wèi)星“發(fā)動機”多為混合動力,既有化學(xué)燃料,又有電推進系統(tǒng)。4月12日,我國發(fā)射的實踐十三號衛(wèi)星也采用了“雙保險”的混合動力推進系統(tǒng)。
2015年,美國將傳統(tǒng)化學(xué)燃料推進系統(tǒng)全部替代為電推進系統(tǒng),即“全電推技術(shù)”,這是當(dāng)前世界上最先進的水平。
我國正在開發(fā)全電推衛(wèi)星平臺,預(yù)計2020年之前將實現(xiàn)應(yīng)用。
三代人接力攻關(guān) 堅守43年終克難
電推進技術(shù)是空間技術(shù)里的“硬骨頭”,從研制、地面試驗、在軌飛行到正式應(yīng)用,中國足足用了43年。蘭州空間技術(shù)物理研究所先后有數(shù)百名共三代航天人投入電推進技術(shù)的研究中。
1974年,時任研究所第一任所長金建中在國內(nèi)率先提出開展研究電推進技術(shù)的構(gòu)想,并獲得國家相關(guān)部門批準。對當(dāng)時我國航天事業(yè)的實際需求來說,這一技術(shù)研究非常超前。同一時期,歐美航天強國也開展了電推進技術(shù)攻關(guān)。1988年,該所電推進技術(shù)的相關(guān)研究項目榮獲國家科技進步一等獎。
隨后的十余年里,由于沒有強有力的宇航需求推動,電推進技術(shù)缺乏項目和經(jīng)費支持。
“因為相信這項技術(shù)肯定有廣闊的應(yīng)用前景。即便在極端困難的條件下,所里也節(jié)衣縮食擠出經(jīng)費,保證電推進研究隊伍沒有散、研究不間斷。”蘭州空間技術(shù)物理研究所所長張偉文說,研究所的研究底蘊和技術(shù)積累,使得在國家提出要應(yīng)用電推進技術(shù)時,他們有能力沖在最前面。
“航天是高投入、高風(fēng)險的行業(yè),我們必須確保萬無一失。”蘭州空間技術(shù)物理研究所事業(yè)部總經(jīng)理張?zhí)炱浇榻B,歷經(jīng)12000小時的模擬實驗,LIPS-200離子電推進系統(tǒng)終于研制成功,并在實踐十三號衛(wèi)星上順利應(yīng)用。
“堅守了43年,我們終于迎來了電推進技術(shù)應(yīng)用的‘春天’。這是中國三代航天人共同努力取得的成績。”張偉文接受記者采訪時說道。
新技術(shù)未來應(yīng)用“海闊天空”
當(dāng)前中國航天技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)不能沒有電推進技術(shù),未來人類要想開展更加遙遠的深空探測,電推進系統(tǒng)是必然選擇。
研究人員認為,除了中等容量和大容量衛(wèi)星需要應(yīng)用電推進系統(tǒng),一些超大規(guī)模的航天飛行器和微小型的衛(wèi)星也都需要不同規(guī)模的電推進系統(tǒng)。從實踐十三號衛(wèi)星開始,中國電推進系統(tǒng)將朝著“一中一超一微”方向發(fā)展。
張偉文介紹,“一中”即1000瓦至5000瓦范圍內(nèi)的中等功率電推進系統(tǒng);“一微”即幾瓦到幾十瓦之間的微小功率電推進系統(tǒng)的應(yīng)用:“一超”即超大功率電推進系統(tǒng)的研制和應(yīng)用。
今年即將發(fā)射的“翱翔三號”微小衛(wèi)星將應(yīng)用微小電推進系統(tǒng)進行飛行試驗。“目前我們正抓緊研制的是50千瓦超大功率的電推進系統(tǒng)。”張偉文說,“很難想象43年前開始的一項研究活動,要等43年才能得到應(yīng)用,這需要多么大的定力。”
蘭州空間技術(shù)物理研究所黨委書記李毅軍說,隨著中國電推進技術(shù)的不斷進步,中國航天人對浩瀚宇宙的探索也將越來越深遠。(完)
編輯:周佳佳
關(guān)鍵詞:中國星 裝上先進“發(fā)動機”
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