氙氣在航天中的革命性應用  

中國航天科技集團成功繪制了中國第一個氙氣物理特性地圖，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)中的應用提供了有力的支撐。



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

工作和地面試驗過程中，氙氣會隨著儲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)。



在電推進系統(tǒng)工程的應用中，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，氙氣加注后，需要采取相應措施，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。



電推進應用：



（1）目前應用的電推進類型包括肼電熱、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應用計劃。



(3)電推的主要應用包括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應用，深空探測是快速擴展應用。



（4）應用電推進的航天器數(shù)量正在快速增長。目前，軌道上約有100臺應用電推進的航天器，

離子電推進累計工作時間接近2萬小時，霍爾電推進累計工作時間接近1萬小時。



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

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

臺方案的詳細設計。



全電推進技術是一種新型的航天器設計技術，用電推進系統(tǒng)代替化學推進系統(tǒng)作為航天動力。

由于其高比沖的優(yōu)點，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，

降低了運載火箭的承載能力要求。



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

影響高軌道運載火箭市場；同時，可以實現(xiàn)超遠深空探測、多目標探測、取樣返回等空間探測

任務，成本較低。



采用全電推技術后，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，減少用戶的項目投資。



其次，全電推技術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)星的設計壽命將普遍超過15年的上限，達到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。進入同步軌道后，多余的電能可以提供給通信負

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

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



中國航天科技集團502研究人員自主開發(fā)了氙氣物理特性試驗系統(tǒng)，根據(jù)電推進系統(tǒng)工況設計了

試驗方案，進行了氙氣物理特性測量試驗。試驗涵蓋-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20萬個測量點，可滿足電推系統(tǒng)空間應用的所有工

況要求。