进入黄金时代的电推进技术

□ 王彬若 杨磊

2015年7月5日至10日，中国宇航学会组织代表团赴日本参加第30届国际空间科学技术研讨会、第34届国际电推进研讨会和第6届纳卫星研讨会，代表团成员为来自中国运载火箭技术研究院、中国空间技术研究院等单位的领导、专家和科技工作者。

国际空间科学技术研讨会是日本主导的引领国际空间技术的大会。旨在为日本研究人员，尤其是年轻学者和学生提供参加国际交流活动的平台，促进日本空间科学技术研究，本次会议的主题是“空间探索——促进更好的地球生活”。随着世界空间研究活动的发展，目前该研讨会议已不仅局限于日本，而是发展成为关于航天技术、航天医药和法律等研究领域的世界第二大国际性空间科学技术交流会。

国际电推进研讨会是世界航天器电推进研究领域的技术交流论坛，为电推进技术的学者和工程师提供了世界范围内的交流平台，在技术交流、信息共享方面发挥了重要的作用。

纳卫星研讨会是日本东京大学组织、Hodoyoshi项目支持的学术交流活动，主要对微小卫星的技术发展和实践应用情况进行交流，会议议题涵盖了微卫星、纳卫星和皮卫星的各研究领域。

值得一提的是，今年是上述三个研讨会首次联合举办，吸引了多个国家和地区相关研究机构的1000余名代表参会，盛况空前。

会上，来自德国、法国、韩国、美国、日本五国航天局的代表，分别介绍了各自国家航天项目的发展情况和成就，以及本国未来的航天重点工程项目和计划。

德国未来宇航探索面临的挑战：建立更强大的国际空间站合作关系；在人机合作关系下如何来定义科学导向活动；为所有合作伙伴开拓可持续发展道路。

法国国家空间研究中心的五大空间战略计划：国家防御、太空科学、宇航产品对大众的应用、进入太空、地球环境和气候。

韩国的太空探索活动及实现外层空间探索的梦想：将在10年内完成月球轨道飞行器和登陆车，20年内完成月球返回飞行器的样品及火星轨道飞行器和登陆车，30年内完成小行星返回飞行器的样品和外层空间的任务。

美国的空间任务规划：重点逐渐转向火星探测，计划于2016年再发射一颗火星轨道器，然后分别于2016年年底、2018年和2020年发射无人火星着陆器进行火星生命以及其他科学探测。

日本的太空探索活动：制定了近地轨道、载人登月以及载人火星探测等各类型的航天任务，并认为人类未来50年航天任务的终极是实现载人火星探测。计划今年12月7日发射金星气候轨道飞行器，用于观察金星大气层，并与地球进行对比研究。未来太空探索创新的关键点：利用产业知识和技能建立一套本土化系统；聚集各个领域的工程师和科学家来协力合作；邀请海外知名研究人员在亚洲范围内设立一个太空探索研究中心；吸引各领域人才。

目前，电推进技术的空间应用越来越广泛。电推进系统可显著增加航天器的有效载荷、延长其使用寿命、降低发射成本，可广泛应用于航天器的姿态控制、位置保持、阻力补偿、轨道提升、修正及转移、深空探测和星际航行等任务。在本届国际电推进研讨会上，日本、欧空局、俄罗斯、美国等国家介绍了各自在电推进技术方面的所取得的最新进展和成果。

日本都立大学的竹原教授介绍了日本电推进技术的发展。继“隼鸟”号之后，日本宇宙探索局又开发了使用微波离子推进器的“隼鸟”2号，该探测器将进一步巩固日本在深空探测领域的地位。此外，日本众多大学也开展了各种空间电推进器的探索性研究，包括东京大学研发的离子推进器、脉冲等离子体推进器，大阪理工大学的PROITERES纳星及其搭载的脉冲

用于DubaiSat-2卫星的霍尔效应推进器及其微波放电中和器等离子体推进器等。

欧空局的电推进部门主管Jose Gonzalez del Amo先生从通讯、导航等领域系统地介绍了欧空局近年来关于电推进方面的发展。重点介绍了欧洲大型通信卫星平台——Alphabus平台的开发情况：研发Alphabus平台的首要目标是确保欧洲卫星制造业在世界范围提供有效载荷功率在12千瓦以上超大型通信卫星的竞争力，平台使用霍尔效应推进器，这是欧洲在大型通信卫星平台上首次使用电推进系统。此外，欧空局“伽利略”导航系统的全新升级——“伽利略”2G项目计划在2020年启动。该项目将采用电推进系统来承担卫星从入射轨道（近地轨道或地球同步转移轨道)转移至目标轨道（中地球轨道或倾斜地球同步轨道)的任务，目前备选的电推进系统包括离子推进器、霍尔效应推进器等。

来自俄罗斯电推进研究的核心单位——莫斯科航空研究所的Khartov先生重点介绍了莫斯科航空研究所在电推进领域的研究成果。其中，在大电流等离子体推进器、静电推进器、等离子体热物理以及航天器发电系统等方面，均取得了新的突破。而如何处理发电系统与电推进系统在航天器的集成问题也是莫斯科航空研究所今后重点研发的方向。

近年来，俄罗斯的应用力学与电动力学研究所一直致力于研制可用于同步卫星南北位置保持的高性能脉冲等离子体推进器。Antropov教授重点介绍了APPT-95M型脉冲等离子体推进器在IONOZOND星座中的应用。该星座包括4颗IONOSFERE卫星和1颗ZOND卫星，ZOND卫星的轨道修正系统采用APPT-95M推进器来实现轨道相位的保持。相比于其他电推进器，脉冲等离子体推进器微牛级的冲量且结构简单、成本低的优势使其更适宜低功耗近地轨道卫星的精准姿控。

美国空间系统/罗拉公司的Delgado先生介绍了该公司通信卫星电推进分系统的情况。该电推进分系统主要基于SPT-100平台，包括4台霍尔效应推进器SPT-100、8个氙气流量控制器、2个功率调节单元、2个氙气储箱及推进剂管理装置。SPT-100平台是俄罗斯法克尔设计局霍尔效应推力器商业应用的典范。20世纪末美国空间系统/罗拉公司与俄罗斯法克尔设计局等公司合作经销霍尔效应推进器。法国的“宏声”通讯卫星和美国航宇局的“中型探测器”都将其作为辅助推进系统。目前，SPT-100已经应用在空间系统/罗拉公司的17颗地球同步轨道卫星上，累计工作时间超过4万小时。超过十年在轨运行的成功经验表明：SPT电推进分系统的在轨运行不会影响卫星系统诸如太阳能电池阵列、通讯系统及姿态控制等的正常性能。Delgado先生还介绍了尚在建造中的15颗搭载SPT电推进分系统的卫星，其中一颗卫星将使用更大功率的SPT-140子系统平台。

会议期间，代表团还参观访问了神户大学综合研究中心、理化学研究所先进科学计算研究所、空客直升机日本有限公司等机构，并与国际宇航联合会、日本宇宙探索局、日本宇航学会、日本火箭学会等多家航天国际组织进行了会面，在此基础上建立关系并进一步推进双方的合作。