中國航太人如何攻克電推進技術難關？

前不久，中國成功發射實踐十三號衛星，讓中國航太人為之振奮。原因之一是電推進技術首次在中國衛星上得到應用，這標誌著中國電推進技術正式邁向工程應用階段，比肩國際一流。

電推進技術是什麼？它對中國航太有多重要？歷時４３年的技術攻關之路有多難？在第二個“中國航太日”前夕，記者來到蘭州空間技術物理研究所（中國航太科技集團公司五院５１０所），從電推進技術研發專家口中尋找答案。

“解鎖”電推進“新技能”比肩世界一流

如同汽車的核心是發動機一樣，推進系統是衛星等航太器的核心。

傳統的衛星“發動機”通過攜帶化學燃料，經燃燒後將化學能轉化成動能形成推力，來保持衛星的軌道位置。

中國航太科技集團公司五院實踐十三號衛星系統總指揮周志成説，實踐十三號衛星的電推進系統採用的是氙離子推力器，是對衛星太陽帆板轉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整衛星軌道的推力。

蘭州空間技術物理研究所型號指揮劉奎武説，電推進系統比常規的化學推進效能提升１０倍，可延長衛星壽命，幫衛星省去９０％的化學燃料，大大減輕發射重量，提高定位精度，正逐漸成為世界各國衛星推進系統的主流。

據介紹，人類用電能作為航太器“發動機”的構想，已有６０多年曆史。上世紀９０年代末，電推進技術在美國、俄羅斯等西方國家的航太器上已率先應用。出於安全可靠考慮，當時的衛星“發動機”多為混合動力，既有化學燃料，又有電推進系統。４月１２日，我國發射的實踐十三號衛星也採用了“雙保險”的混合動力推進系統。

２０１５年，美國將傳統化學燃料推進系統全部替代為電推進系統，即“全電推技術”，這是當前世界上最先進的水準。

我國正在開發全電推衛星平臺，預計２０２０年之前將實現應用。

三代人接力攻關　堅守４３年終克難

電推進技術是空間技術裏的“硬骨頭”，從研製、地面試驗、在軌飛行到正式應用，中國足足用了４３年。蘭州空間技術物理研究所先後有數百名共三代航太人投入電推進技術的研究中。

１９７４年，時任研究所第一任所長金建中在國內率先提出開展研究電推進技術的構想，並獲得國家相關部門批准。對當時我國航太事業的實際需求來説，這一技術研究非常超前。同一時期，歐美航太強國也開展了電推進技術攻關。１９８８年，該所電推進技術的相關研究項目榮獲國家科技進步一等獎。

隨後的十餘年裏，由於沒有強有力的宇航需求推動，電推進技術缺乏項目和經費支援。

“因為相信這項技術肯定有廣闊的應用前景。即便在極端困難的條件下，所裏也節衣縮食擠出經費，保證電推進研究隊伍沒有散、研究不間斷。”蘭州空間技術物理研究所所長張偉文説，研究所的研究底蘊和技術積累，使得在國家提出要應用電推進技術時，他們有能力衝在最前面。

“航太是高投入、高風險的行業，我們必須確保萬無一失。”蘭州空間技術物理研究所事業部總經理張天平介紹，歷經１２０００小時的模擬實驗，ＬＩＰＳ－２００離子電推進系統終於研製成功，並在實踐十三號衛星上順利應用。

“堅守了４３年，我們終於迎來了電推進技術應用的‘春天’。這是中國三代航太人共同努力取得的成績。”張偉文接受記者採訪時説道。

新技術未來應用“海闊天空”

當前中國航太技術的發展已經不能沒有電推進技術，未來人類要想開展更加遙遠的深空探測，電推進系統是必然選擇。

研究人員認為，除了中等容量和大容量衛星需要應用電推進系統，一些超大規模的航太飛行器和微小型的衛星也都需要不同規模的電推進系統。從實踐十三號衛星開始，中國電推進系統將朝著“一中一超一微”方向發展。

張偉文介紹，“一中”即１０００瓦至５０００瓦範圍內的中等功率電推進系統；“一微”即幾瓦到幾十瓦之間的微小功率電推進系統的應用：“一超”即超大功率電推進系統的研製和應用。

今年即將發射的“翱翔三號”微小衛星將應用微小電推進系統進行飛行試驗。“目前我們正抓緊研製的是５０千瓦超大功率的電推進系統。”張偉文説，“很難想像４３年前開始的一項研究活動，要等４３年才能得到應用，這需要多麼大的定力。”

蘭州空間技術物理研究所黨委書記李毅軍説，隨著中國電推進技術的不斷進步，中國航太人對浩瀚宇宙的探索也將越來越深遠。