氙氣在航天中的革命性應(yīng)用  

中國航天科技集團(tuán)成功繪制了中國第一個(gè)氙氣物理特性地圖，獲得了不同狀態(tài)下氙氣溫度、壓

力和密度的變化規(guī)律。到目前為止，中國首次掌握了氙氣的物理特性

第一手資料為氙氣在電推系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了有力的支撐。



高純氙氣是衛(wèi)星電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)中最常用的工質(zhì)，其物理特性非常特殊。在電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)的軌道

工作和地面試驗(yàn)過程中，氙氣會(huì)隨著儲(chǔ)存壓力和溫度的變化而表現(xiàn)為氣態(tài)、液態(tài)、飽和態(tài)和超

臨界態(tài)。



在電推進(jìn)系統(tǒng)工程的應(yīng)用中，需要保證提供給推力器的氙氣必須是氣態(tài)；在加注過程中，氙氣

有多種形式，需要合理控制氙氣形式之間的轉(zhuǎn)換；同時(shí)，氙氣加注后，需要采取相應(yīng)措施，確

保系統(tǒng)中氙氣的壓力和溫度在安全范圍內(nèi)，確保衛(wèi)星的安全。氙氣的物理特殊性給氙氣的狀態(tài)

控制和衛(wèi)星的安全帶來了很大的困難。



電推進(jìn)應(yīng)用：



（1）目前應(yīng)用的電推進(jìn)類型包括肼電熱、肼電弧、氙離子、氙霍爾、PPT等，包括現(xiàn)場發(fā)射、

膠體等，其中直流放電離子和SPT霍爾是應(yīng)用最廣泛的主流產(chǎn)品，已經(jīng)淘汰了肼電推力器、高

性能離子推力器和霍爾推力器逐漸取代的發(fā)展趨勢。



（2）美國、俄羅斯、歐洲、日本、印度等國家正在制定或?qū)嵤╇娏ν茝V應(yīng)用計(jì)劃。



(3)電推的主要應(yīng)用包括GEO位置保持、深空探測、無拖曳控制、姿態(tài)控制、軌道轉(zhuǎn)移等。其

中，GEO軌道位置保持是主導(dǎo)應(yīng)用，深空探測是快速擴(kuò)展應(yīng)用。



（4）應(yīng)用電推進(jìn)的航天器數(shù)量正在快速增長。目前，軌道上約有100臺(tái)應(yīng)用電推進(jìn)的航天器，

離子電推進(jìn)累計(jì)工作時(shí)間接近2萬小時(shí)，霍爾電推進(jìn)累計(jì)工作時(shí)間接近1萬小時(shí)。



目前，我國開發(fā)應(yīng)用的全電推廣系統(tǒng)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，將全面進(jìn)入工程應(yīng)用階段，滿足通

信衛(wèi)星系列平臺(tái)、高軌遙感平臺(tái)和深空探測器的發(fā)展需求。同時(shí)，我國已完成全電推廣衛(wèi)星平

臺(tái)方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)。



全電推進(jìn)技術(shù)是一種新型的航天器設(shè)計(jì)技術(shù)，用電推進(jìn)系統(tǒng)代替化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)作為航天動(dòng)力。

由于其高比沖的優(yōu)點(diǎn)，航天器的有效質(zhì)量可以提高到90%左右，大大降低了衛(wèi)星發(fā)射的重量，

降低了運(yùn)載火箭的承載能力要求。



全電推廣技術(shù)可以使人類以更低的成本進(jìn)入太空領(lǐng)域，將深刻改變通信衛(wèi)星的外觀，甚至直接

影響高軌道運(yùn)載火箭市場；同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)深空探測、多目標(biāo)探測、取樣返回等空間探測

任務(wù)，成本較低。



采用全電推技術(shù)后，衛(wèi)星發(fā)射重量可大大降低，從目前主流的5-7噸減少到2-4噸，使通信衛(wèi)星

發(fā)射更小、更便宜的火箭，減少用戶的項(xiàng)目投資。



其次，全電推技術(shù)可以大大延長通信衛(wèi)星的使用壽命。周志成表示，使用全電推技術(shù)后，燃料

攜帶將不再成為衛(wèi)星壽命的限制，通信衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命將普遍超過15年的上限，達(dá)到18到20年。



全電推衛(wèi)星大大提高了空間電源的發(fā)電要求。進(jìn)入同步軌道后，多余的電能可以提供給通信負(fù)

荷，使通信能力更強(qiáng)，連接更多的用戶。此外，借助衛(wèi)星的獨(dú)立監(jiān)控和管理，衛(wèi)星的長期運(yùn)行

管理更加智能化，地面運(yùn)行更加簡單，提高了衛(wèi)星運(yùn)行的安全性和可靠性。



中國航天科技集團(tuán)502研究人員自主開發(fā)了氙氣物理特性試驗(yàn)系統(tǒng)，根據(jù)電推進(jìn)系統(tǒng)工況設(shè)計(jì)了

試驗(yàn)方案，進(jìn)行了氙氣物理特性測量試驗(yàn)。試驗(yàn)涵蓋-70~100℃的溫度范圍和0.2～2kg/l密度范

圍，0～在15MPa的壓力范圍內(nèi)，共選擇了約20萬個(gè)測量點(diǎn)，可滿足電推系統(tǒng)空間應(yīng)用的所有工

況要求。