中國(guó)航天人如何攻克電推進(jìn)技術(shù)難關(guān)？

新華社北京4月23日電 題：為“中國(guó)星”裝上先進(jìn)“發(fā)動(dòng)機(jī)”——中國(guó)航天人如何攻克電推進(jìn)技術(shù)難關(guān)？

前不久，中國(guó)成功發(fā)射實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星，讓中國(guó)航天人為之振奮。原因之一是電推進(jìn)技術(shù)首次在中國(guó)衛(wèi)星上得到應(yīng)用，這標(biāo)志著中國(guó)電推進(jìn)技術(shù)正式邁向工程應(yīng)用階段，比肩國(guó)際一流。

電推進(jìn)技術(shù)是什么？它對(duì)中國(guó)航天有多重要？歷時(shí)43年的技術(shù)攻關(guān)之路有多難？在第二個(gè)“中國(guó)航天日”前夕，記者來到蘭州空間技術(shù)物理研究所(中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院510所)，從電推進(jìn)技術(shù)研發(fā)專家口中尋找答案。

“解鎖”電推進(jìn)“新技能”比肩世界一流

如同汽車的核心是發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，推進(jìn)系統(tǒng)是衛(wèi)星等航天器的核心。

傳統(tǒng)的衛(wèi)星“發(fā)動(dòng)機(jī)”通過攜帶化學(xué)燃料，經(jīng)燃燒后將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能形成推力，來保持衛(wèi)星的軌道位置。

中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮周志成說，實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星的電推進(jìn)系統(tǒng)采用的是氙離子推力器，是對(duì)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(hào)指揮劉奎武說，電推進(jìn)系統(tǒng)比常規(guī)的化學(xué)推進(jìn)效能提升10倍，可延長(zhǎng)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(guó)衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)的主流。

據(jù)介紹，人類用電能作為航天器“發(fā)動(dòng)機(jī)”的構(gòu)想，已有60多年歷史。上世紀(jì)90年代末，電推進(jìn)技術(shù)在美國(guó)、俄羅斯等西方國(guó)家的航天器上已率先應(yīng)用。出于安全可靠考慮，當(dāng)時(shí)的衛(wèi)星“發(fā)動(dòng)機(jī)”多為混合動(dòng)力，既有化學(xué)燃料，又有電推進(jìn)系統(tǒng)。4月12日，我國(guó)發(fā)射的實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星也采用了“雙保險(xiǎn)”的混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)。

2015年，美國(guó)將傳統(tǒng)化學(xué)燃料推進(jìn)系統(tǒng)全部替代為電推進(jìn)系統(tǒng)，即“全電推技術(shù)”，這是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的水平。

我國(guó)正在開發(fā)全電推衛(wèi)星平臺(tái)，預(yù)計(jì)2020年之前將實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

三代人接力攻關(guān) 堅(jiān)守43年終克難

電推進(jìn)技術(shù)是空間技術(shù)里的“硬骨頭”，從研制、地面試驗(yàn)、在軌飛行到正式應(yīng)用，中國(guó)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(jìn)技術(shù)的研究中。

1974年，時(shí)任研究所第一任所長(zhǎng)金建中在國(guó)內(nèi)率先提出開展研究電推進(jìn)技術(shù)的構(gòu)想，并獲得國(guó)家相關(guān)部門批準(zhǔn)。對(duì)當(dāng)時(shí)我國(guó)航天事業(yè)的實(shí)際需求來說，這一技術(shù)研究非常超前。同一時(shí)期，歐美航天強(qiáng)國(guó)也開展了電推進(jìn)技術(shù)攻關(guān)。1988年，該所電推進(jìn)技術(shù)的相關(guān)研究項(xiàng)目榮獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

隨后的十余年里，由于沒有強(qiáng)有力的宇航需求推動(dòng)，電推進(jìn)技術(shù)缺乏項(xiàng)目和經(jīng)費(fèi)支持。

“因?yàn)橄嘈胚@項(xiàng)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(fèi)，保證電推進(jìn)研究隊(duì)伍沒有散、研究不間斷?！碧m州空間技術(shù)物理研究所所長(zhǎng)張偉文說，研究所的研究底蘊(yùn)和技術(shù)積累，使得在國(guó)家提出要應(yīng)用電推進(jìn)技術(shù)時(shí)，他們有能力沖在最前面。

“航天是高投入、高風(fēng)險(xiǎn)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(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)，LIPS－200離子電推進(jìn)系統(tǒng)終于研制成功，并在實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星上順利應(yīng)用。

“堅(jiān)守了43年，我們終于迎來了電推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用的‘春天’。這是中國(guó)三代航天人共同努力取得的成績(jī)?！睆垈ノ慕邮苡浾卟稍L時(shí)說道。

新技術(shù)未來應(yīng)用“海闊天空”

當(dāng)前中國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)不能沒有電推進(jìn)技術(shù)，未來人類要想開展更加遙遠(yuǎn)的深空探測(cè)，電推進(jìn)系統(tǒng)是必然選擇。

研究人員認(rèn)為，除了中等容量和大容量衛(wèi)星需要應(yīng)用電推進(jìn)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(jìn)系統(tǒng)。從實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星開始，中國(guó)電推進(jìn)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(jìn)系統(tǒng)；“一微”即幾瓦到幾十瓦之間的微小功率電推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用：“一超”即超大功率電推進(jìn)系統(tǒng)的研制和應(yīng)用。

今年即將發(fā)射的“翱翔三號(hào)”微小衛(wèi)星將應(yīng)用微小電推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行飛行試驗(yàn)。“目前我們正抓緊研制的是50千瓦超大功率的電推進(jìn)系統(tǒng)。”張偉文說，“很難想象43年前開始的一項(xiàng)研究活動(dòng)，要等43年才能得到應(yīng)用，這需要多么大的定力?！?/p>

蘭州空間技術(shù)物理研究所黨委書記李毅軍說，隨著中國(guó)電推進(jìn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，中國(guó)航天人對(duì)浩瀚宇宙的探索也將越來越深遠(yuǎn)。（新華社記者張文靜、白國(guó)龍、王博）