空间电推进技术的发展及应用张伟文

1、空间电推进的技术发展及应用张天平 张伟文 吴先明 杨乐（兰州空间技术物理研究所，真空技术与物理重点实验室，甘肃兰州）摘 要：介绍了电推进在GEO卫星位置保持和轨道转移、深空探测主推进、科学观测和试验等领域的空间应用情况，分别给出了离子电推进、霍尔电推进和其他电推进类型的新研产品和新技术发展情况，最后对我国空间电推进技术现状和未来发展进行了概要性介绍.关键词：电推进；技术进展；应用.1 引言自1902年俄罗斯的齐奥尔科夫斯基和1906年美国的哥达德博士分别提出电推进概念以来，电推进技术发展已经走过了一个多世纪的历程1,2，大致分四个阶段：1902年1964年为概念提出和原理探索阶段，美国、英国、

2、德国分别研制出离子电推进样机,俄罗斯研制了霍尔电推进样机；1964年1980年为地面和飞行试验阶段，美国完成汞离子电推进飞行试验，俄罗斯完成SPT霍尔电推进飞行试验；1980年2000年为航天器开始应用阶段，俄罗斯的霍尔电推进和美国的离子型电推进相继应用，日本、德国等其它国家的电推进也开始飞行试验；2000年至今为电推进技术和应用快速发展阶段35。下面分别从电推进应用、新产品研制、新技术研究等方面对空间电推进的技术发展及应用情况进行介绍,并展望了我国电推进的未来发展及应用前景。2 电推进应用情况2.1 GEO卫星位置保持6美国波音公司在BSS-601HP平台应用XIPS-13离子电推进系统完成

3、南北位保任务,发射卫星数量18颗；波音公司在BSS-702平台卫星上应用XIPS-25完成全部位置保持任务，发射卫星数量22颗。美国空间系统劳拉公司在LS-1300平台上应用SPT-100霍尔电推进系统完成南北位保任务，发射卫星数量10颗；欧洲阿斯特里姆公司在EUROSTAR-3000平台上应用SPT-100和PPS-1350霍尔电推进系统完成南北位保任务，发射卫星数量7颗；欧洲泰丽斯-阿莱尼亚公司在SpaceBus-4000C平台上应用SPT-100霍尔电推进系统完成南北位保任务，发射卫星数量6颗；俄罗斯应用力学联合体继续在MSS-2500等平台应用SPT-100系列霍尔电推进系统完成全部位

4、保任务，发射卫星数量11颗；美国洛马公司在A2100M平台上开始应用BPT-4000霍尔电推进完成南北位保任务，发射卫星数量3颗。欧洲最新ALPHABUS平台确定采用Snecma公司的PPS-1350霍尔电推进系统完成南北位保任务，已经完成首发卫星发射。2007年启动的欧洲小型GEO平台将采用SPT-100和HEMP-3050组合的电推进系统完成位置保持。中国DFH-3B平台卫星将采用LIPS-200离子电推进系统完成15年南北位置保持任务，计划2016年发射。2.2 深空探测主推进61998年10月美国发射的深空一号（DS-1）航天器应用单台NSTAR-30离子电推进系统完成小行星探测的主推

5、进任务，在历时3年多的飞行任务中离子电推进系统累计工作16265h，开关机200多次，产生速度增量4.3km/s。2007年9月美国发射的黎明号（Dawn）航天器应用3台NSTAR-30离子电推进系统完成对主带小行星中灶神星（Vesta）和谷神星（Ceres）科学探测的主推进任务，航天器于2011年7月实现Vesta的轨道捕获，2012年9月完成为期1年的Vesta科学探测任务并离开，电推进累计工作25000h、消耗氙气262kg、产生速度增量7km/s。目前航天器正在奔向Ceres的征途中，计划2015年到达。2003年5月日本发射的隼鸟号（Hayabusa）航天器应用4台-10微波离子电推

6、进系统完成S类近地小行星丝川（Itokawa）的采样返回的主推进任务，2010年6月返回舱成功降落到澳大利亚并回收。在整个飞行任务中离子电推进系统累计工作39637h、产生速度增量2.2km/s，单台推力器最长工作时间达到14830h、1805次开关。日本计划于2014年发射的隼鸟二号（Hayabusa-2）航天器将继续采用4台-10微波离子电推进系统完成1999JU3小行星采样返回的主推进任务，航天器计划2017年到达1999JU3并采样，2020年返回地球。2003年9月欧洲发射的智慧一号（SMART-1）航天器应用单台PPS-1350霍尔电推进系统完成月球探测的主推进任务，2005年完成

7、了月球探测使命最终坠落月球表面。在整个飞行任务中电推进累计工作近5000h，由于推进系统的良好性能，使得航天器绕月球探测工作时间从原计划的6个月延长到了1.5年。ESA和JAXA联合研制的水星探测贝布克伦布（Bepicolombo）航天器将应用4台T6离子电推进系统把磁圈轨道器和星体轨道器送入水星轨道,航天器计划2015年发射，2021年到达水星。电推进系统在整个任务中提供不少于5km/s的速度增量，推力器累计工作20000h以上。加利福尼亚理工学院分析验证了用40kW电推进完成近地小行星捕获并转移到绕月轨道的可行性，计划于2020中期实施。ESA正在论证采用太阳能电推进和同位素核能电推进组合

8、完成距离太阳200AU进行太阳和星际探测的可行性。NASA正在开始进行针对载人深空探测太阳电推进系统的飞行验证计划,电推进总功率30kW,用1年时间完成从400kmLEO到地月L2的轨道转移,计划2018年飞行。中国正在论证应用LIPS-200+离子电推进系统完成近地小行星探测的技术方案。2.3 GEO卫星轨道转移波音公司在BSS-702平台卫星上已经实施了应用XIPS-25离子电推进系统完成最终GEO轨道圆化的部分轨道转移任务,其中化学推进把卫星送入近地点约30000 km、远地点约42000 km、倾角0的中间椭圆轨道，电推进在1.5个月内完成GEO轨道，截止2011年5月已经应用16颗卫

9、星。俄罗斯在2003年发射的YAMAL-201和YAMAL-202卫星上应用SPT-70电推进完成了部分轨道转移。在2001年7月发射的欧洲阿特米斯（ARTEMIS）卫星上，由于运载上面级故障卫星未能进入预定轨道，用电推进系统经过18个月轨道转移最终到达同步轨道并定点，首次证明了电推进系统修复轨道错误的能力。在2010年8月发射的洛马公司AEHF-1卫星上，发生了卫星双组元化学推进故障，应用2台BPT-4000推力器同时工作，在14个月内完成了几乎全部的轨道转移任务。基于AEHF-1的经验，洛马公司在AEHF-2卫星上直接实施了电推进系统完成大部分轨道转移的应用策略。2012年波音公司实现了B

10、SS-702SP平台4颗全电推进卫星的商业定货，其中ABS-3A和SATMEX-7等2颗卫星计划于2014年发射,该卫星采用XIPS-25离子电推进系统完成全部轨道转移和位置保持等任务，几乎完全取消了化学推进系统7。目前欧洲、俄罗斯等都已经开始全电推进卫星的研制计划8。2.4 科学观测与试验航天器2009年欧洲发射的GOCE卫星应用2台T5离子电推进系统完成240km高度轨道飞行的大气阻尼精确补偿（无拖曳控制），在2年内绘制出了高精度的全球重力场分布，截止2012年底电推进系统累计工作24000h。日本计划于2014年发射超低高度试验卫星(SLATS),采用改进型IES-12离子电推进系统完成

11、250km高度大气阻尼补偿。计划于2017年发射的LISA探路者航天器将采用美国Busek公司研制的胶体电推进和意大利ALTA公司研制的FEEP电推进完成超精确无拖曳控制任务。2.5 其它应用和飞行试验2000年11月美国发射地球观测卫星1号（EO-1）成功应用了PPT电推进完成精确姿态控制任务。2002年9月在日本数据中继试验卫星（DRTS）上飞行应用了直流电弧电推进进行位置保持。2007年3月发射的空军协会小卫星FalconSat-3应用了Busek公司研制的微PPT电推进进行姿态控制。2006年12月发射的TacSat-2和2010年11月发射的FalconSat-5小卫星上成功应用BH

12、T-200霍尔电推进系统完成轨道维持任务。2010年4月发射的印度空间研究机构（IRSO）通信卫星GSAT-4应用了自研和引进组成的霍尔电推进系统进行南北位保。2012年中国在实践9号卫星上成功进行了LIPS-200离子电推进系统和HET-40霍尔电推进系统飞行试验。DubaiSat-2将采用韩国7 mN霍尔推力器和日本微波中和器组合进行飞行试验。俄罗斯轨道高度510km的观测双星将采用SPT-50电推进系统。2016年中国将在XY-2卫星上进行LHT-100和1.4千瓦磁聚焦霍尔电推进飞行试验。2.6 电推进应用总结（1）目前已经应用的电推进类型包括肼电热、肼电弧、氙离子、氙霍尔、PPT等，

13、列入应用计划的还包括场发射、胶体等，其中直流放电型离子和SPT霍尔是目前应用最多的主流产品，已经出现肼电热推力器被淘汰、肼电弧推力器被更高性能的离子推力器和霍尔推力器逐渐取代的发展趋势。（2）已经应用电推进的国家包括美国、俄罗斯、欧洲、日本、印度等，中国、韩国、以色列等国家正在制定或实施电推进应用计划。（3）电推进的主用应用包括GEO位置保持、深空探测主推进、无拖曳控制、姿态控制、轨道转移等方面，其中GEO轨道位置保持为主导性应用，深空探测主推进为快速扩展性应用。（4）应用电推进的航天器数量在快速增长,当前在轨运行的应用电推进的航天器大约100个，离子电推进累计工作时间接近200000h，霍尔

14、电推进累计工作时间接近100000h。3 新产品研制3.1 离子电推进高功率（10kW）离子电推进方面，由JPL研制的NEXIS离子推力器最高性能达到：功率27kW、比冲8700s、推力517 mN、效率81%，由GRC研制的矩型放电室HiPEP离子推力器性能达到：功率1040kW，比冲59709600s、推力240670mN、效率72%80%，德国和俄罗斯联合研制的RIT-45射频离子推力器的目标性能为：功率35kW、比冲7000s、推力760mN。中等功率（110kW）离子电推进方面，GRC研制的NEXT离子推力器性能为:功率5006900W、推力26236mN、比冲13204190s，2

15、005年开始推力器工程样机的寿命试验，截止2013年底已经达到50000h。德国研制的RIT-22射频离子推力器性能为：功率3.26.1kW、推力100200mN、比冲52304400s。中国兰州空间技术物理研究所研制的LIPS-300离子推力器性能为: 功率4.6 kW、推力175 mN、比冲3500s。低功率（0.11kW）离子电推进方面，L3通信公司研制的XIPS-8离子推力器性能为：功率100350W、推力214mN。日本研制的-20微波离子电推进性能为：推力30mN、比冲3000s，已经完成了10000h寿命评价试验。Busek公司研制的BFRIT-7射频离子推力器的性能为：功率40

16、0W、推力11mN、比冲3850s。兰州空间技术物理研究所研制的LIPS-100离子推力器性能为:功率50470W、推力115mN、比冲5003000s。微小功率（0.1kW）离子电推进方面，德国吉森大学为ESA下一代重力使命研制的RIT-2.5的推力范围50N1mN。Busek公司研制的BFRIT-1射频离子推力器的性能为：功率10W、推力6N、比冲1800s。宾夕法尼亚大学研制MRIT-1射频离子推力器的性能为：推力59.0N 、比冲5480 s、推功比300 W/mN。日本研制的-1小微波离子推力器性能为:单极工作功率19.9W、推力379N、比冲1410s,双极工作功率15.1W、推力

17、297N、比冲1100s。3.2 霍尔电推进GRC研制的高压霍尔加速器（HiVHAc）的目标为高比冲（2700s）和长寿命（15000h）。NASA-300M 在2011年的验证性能为：氙气推力1.13 N、氪气推力0.9 N。NASA-457原理样机最高性能达到72 kW、2.9 N,最新改进型NASA-457Mv2的性能为：功率26.3kW、推力1.17N、比冲2350s、效率55%。AMPAC-ISP公司研制了T系列霍尔推力器，其中T-40的性能为功率0.10.4kW、比冲10001600s、推力520mN，T-140的性能为功率24.5kW、比冲15002000s、推力160300mN

18、，T-220的性能为功率820kW、比冲15002500s、推力5001000mN，T-220HT的性能为功率222kW、比冲15002600s、推力1001100mN。俄罗斯的新一代推力器SPT-100M通过改进磁场设计，在标准工作条件下的性能达到：推力8891mN、比冲16801710s,比SPT-100B提高68%，束流发散角减小到60，预估寿命 10000 14000 h。俄罗斯SPT-290的额定工作性能为：功率30kW、推力1.5N、比冲3300s、寿命27 000 h。俄罗斯针对FOBOS航天器使命进行了SPT-140鉴定，在5000h寿命上验证的性能为：功率26.5kW、推力1

19、50350mN、比冲17002400s、效率5261%。美国VHITAL-160的铋性能为：功率2536kW、推力527618mN、比冲53757667s、效率40%70%。法国Snecma公司2007年完成了针对通信卫星应用的PPS-1350推力器10530h、7000次开关寿命试验，研制的PPS-5000试验样机性能为：功率5kW、推力325mN、比冲2300s。近2年又在欧洲高功率电推进计划中研制PPS-20K，在22.4kW下的验证结果为试验样机：推力1050mN、比冲2700s、效率60%。意大利Alta正在研制的HT-30k霍尔推力器的性能为：功率30kW、比冲2500 s、推力1

20、.55N。高效多级等离子推力器（HEMPT）概念由Thales Electron Devices公司提出，2005年开始HEMP-3050和HEMP-30250两种规格的产品研制，额定推力分别为50mN和250mN，其中HEMP-3050的产品成熟度更高，已经进入针对小GEO卫星应用的推力器产品鉴定程序：2011年完成了44mN 、1380W条件下工程样机的4000h试验。兰州空间技术物理研究所研制的LHT系列霍尔推力器性能范围为:功率0.26.0kW、推力10300mN、比冲12002000s。3.3 其他类型电推进可变比冲磁等离子推力器（VASIMR）经过AD ASTRA火箭公司近四十年的

21、技术发展，先后研制了VX-10、VX-50、VX-100、VX-200等推力器实验样机，其中最新VX-200在200kW功率下验证的性能为推力5.8 N、比冲4900s、效率70%。目前正在研制VX-200的飞行样机VF-200，计划在国际空间站飞行试验并提供航天器轨道维持。意大利研制的AF-MPDT在120mg/s氩气流率下试验性能为：功率170kW、推力3.5N、比冲3000s、效率28%。德国斯图加特空间系统研究所持续进行SF-MPDT和AF-MPDT技术研究：其中ZT-3推力器在350kW下氩气推力25N、效率10%，DT-6在550 kW下氩气推力27N、效率27%。美国普林斯顿大学

22、的AF-MPD推力器性能为：功率245kW、比冲6200s、效率60%。意大利Alta公司的脉冲准稳态MPD推力器性能为：功率100kW、推力2.5N、比冲2500s。奥地利为LISA PF研制的In-FEEP电推进完成了3650h试验，累计冲量达到586Ns。意大利为LISA PF研制的Cs-FEEP推力器性能为：推力0.3200N,分辨 0.1N，完成了3228h试验，累计冲量950Ns。英国为Cubesat卫星研制的特富纶PPT测试结果为:1.7J下脉冲量34Ns、比冲600s。俄罗斯研制的PPT能量范围20150J、效率1540%,其中为航天器轨道控制研制大推力APPT-95达到：冲量

23、45kNs 、效率25%。斯图加特大学为月球BW1使命研制聚四氟乙烯SIMPLEX推力器的能量4070J。日本为PROITERES卫星研制电热型PPT飞行样机验证的总冲量能达到5.0 Ns，高功率PPT研制方面取得进展：验证了连续468000次工作、冲量266Ns、比冲490s、能量75J。3.4 新产品研制总结（1）型谱化电推进产品正在形成。一些主要的型谱产品包括美国L-3公司的XIPS离子系列、Busek公司的BHT霍尔系列、AMPAC-ISP公司的T霍尔系列、日本的微波系列、英国T离子系列、德国RIT射频系列、俄罗斯的SPT霍尔系列、中国的LIPS离子系列和LHT霍尔系列等；（2）为满足

24、轨道转移和深空探测等未来应用需求，电推进产品正在向高功率方向发展。除了传统的数百千瓦高功率MPD电推进外，美国HiPEP离子推力器功率为34kW、德国RIT-45射频推力器预期功率35 kW、GRC NASA-457霍尔推力器功率73kW、美国火箭公司的VASIMR类型电推进VX-200功率达到200kW。（3）在微小功率电推进方面，除了FEEP、PPT等传统推力器外，基于最成熟离子和霍尔类型技术的小功率产品研制取得重要进展，如德国RIT-2.5、Busek公司BFRIT-1、日本-1等的功率只有数十瓦, 完全有可能取代FEEP实现工程应用。（4）离子和霍尔推力器长寿命验证取得新突破。XIPS

25、-13和NSTAR-30寿命验证达到30000h，NEXT推力器的寿命验证已经超过48000h（还在继续），PPS-1350G推力器的寿命验证达到10000h，BPT-4000的寿命验证预计超过20000h，LEEP-150完成了3000h试验。4 新技术发展4.1 传统技术新发展美国Michigan大学和空军研究实验室研制了功率10 kW的同轴双通道霍尔推力器NHT-X2，效率可达到60%。为进一步提高功率到100kW，正在研制三通道霍尔推力器NHT-X39,功率范围30240kW、比冲14003200s。欧洲在高功率电推进计划（HiPER）中提出了双级可变比冲离子推力器方案，正研制的双级四

26、栅极(DS4G)超高比冲离子电推进的目标性能为10：功率20 kW、比冲10000 s、推力0.45 N。美国米西根大学和GRC开发研制了环型离子电推进11，相对传统离子推力器可以提高功率水平10倍、功率密度23倍，已经进行了样机试验验证。在空军支持下美国EDA公司开发研制螺旋波霍尔推力器(HHT)12。螺旋波双层推力器为无电极射频功率驱动的推进装置,澳大利亚国立大学研制了电磁铁和永久磁铁螺旋波双层推力器原理样机13。针对小功率应用提出了具有更高体积表面比的圆柱霍尔推力器(CHT)，日本研制的100W CHT在66W下的性能为14：推力3.5mN、比冲1570s、效率18.1%，相对SPT震荡

27、要小。为提高低功率霍尔推力器的效率和工作寿命，以色列提出了同轴磁隔离阳极霍尔推力器（CAMILA-HT）概念，2011年验证的CAMILA-HT-55推力器性能达到15：功率154295W、推力9.617.8mN、比冲14001870s、效率43%55%。四极约束推力器采用创新的磁场拓扑，在原理样机上用氪验证的性能为16：功率100W、推力2.1mN、比冲700s，调节磁场控制推力方向达到14。英国研制了小型差分栅极离子推力器（MiDGIT）原理样机，测试性能为17：950V 栅电压下推力480N ，1300V下推力780N。Michigan大学正在开展纳米粒子场引出推力器（NanoFET）技

28、术研究18，通过带电和加速微、纳米粒子而获得推力。英国研制的空心阴极推力器在53W功率下的氙气性能为推力1.6mN、比冲85s，正在计划在TechDemoSat-1卫星上进行飞行试验19。4.2 创新技术发展法国在研制PEGASES推力器，它同时加速等离子体中的正离子和负离子，能够降低等离子体与航天器相互作用20。普林斯顿大学正在研究敲击静电波（BEW）直接加速离子推力器技术研究21。其他新类型还包括：气体动力镜推力器22、真空弧推力器23、电动拖船24、吸气电磁推进25、螺旋波源无电极MPD26、双极PPT27、无电极等离子体28、脉冲感应推力器（PIT）29等。2010年欧洲法国和德国进行

29、了PPS-1350和RIT-10推力器的大气推进剂试验,包括氧气、氮气、混合气体等30。Michigan技术大学在BPT-2000推力器上进行了镁和锌轻金属推进剂性能试验31。Busek表征了碘推进剂霍尔推力器性能，在9kW范围的性能超过氙推进剂。JPL和俄罗斯在甚高比冲阳极层双级VHITAL-160推力器上验证了铋推进剂性能32，在2536kW功率范围比冲达到60008000 s。4.3 新技术发展总结（1）电推进新技术不断扩展，包括离子和霍尔变异类型及混合类型、非传统类电推进新类型、不同推进剂类型等。（2）磁屏效应为霍尔推力器的长寿命问题解决带来希望。在BPT-4000推力器10400h寿

30、命试验中，发现推力器陶瓷腔在560010400h之间几乎为零腐蚀。为了从根源上搞清楚，JPL支持下发展了Hall2De程序模拟推力器工作过程，并由此发现了导致腐蚀降低的磁屏效应33。（3）环型离子推力器和DS4G多级离子推力器成为离子推力器实现高功率的主要技术途径，多通道霍尔推力器成为霍尔推力器实现高功率的主要技术途径。（4）非传统类型VASIMR正在成为未来大功率电推进的主要候选者。它具有比冲可调节、无电极设计、多种推进剂选择、中性等离子输出、相对高效率、辐射屏蔽等优点，同时具有系统复杂尺寸大和磁场强电磁干扰大的明显缺点34。5 我国电推进展望5.1 目前发展及应用目前国内从事电推进技术研究

31、和产品研制的主要单位包括：五院五一所、六院八一所、五院五二所、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、西北工业大学等。五一所离子类型电推进产品包括：1.0kW单模式LIPS-200、1.5kW双模式LIPS-200+、5.0kW多模式LIPS-300、10kW多模式LIPS-400等。霍尔类型电推进产品包括：0.3kW LHT-30、0.7kW LHT-70、1.3kW双模式LHT-60D、1.35kW LHT-100、4.5kW双模式LHT-140等。其中的LIPS-200系统成功完成了SJ-9A飞行试验，2016年将应用于DFH-3B平台通信卫星完成15年南北位保任务，LHT-100系统将在20

32、15年开展XY-2卫星空间飞行试验，LIPS-300系统计划应用于DFH-5平台卫星的位置保持和部分轨道转移任务。八一所研制的系列霍尔电推进产品包括：0.4kW HET-20、0.7kW HET-40、1kW HET-50、1.35kW HET-80、4.5kW双模式HET-300等。其中的HET-40系统成功完成了SJ-9A飞行试验，HET-80系统计划2018年后应用于空间站轨道维持任务。五二所正在与哈尔滨工业大学联合开发1.4kW单模式和5kW双模式磁聚焦（ATON）产品，其中1.4kW系统将在2015年开展XY-2卫星空间飞行试验。其他单位主要开展了相关电推进技术研究，北京航空航天大学

33、为电弧和磁等离子体（MPD）技术，西北工业大学为微波放电（ECR）技术，国防科学技术大学为脉冲等离子体（PPT）技术，上海交通大学为场发射（FEEP）技术等。国内的电推进技术与国外相比还存在不少差距，主要体现为：（1）从电推进的应用情况看，国外技术发达国家从上世纪60年代开始飞行试验、90年代开始大量应用，应用领域目前已覆盖位置保持、姿态控制、无拖曳控制、轨道转移等。航天器数量累计达到200以上。国内2012年实现电推进首次飞行试验，型号应用的研究正在进行中。（2）国外电推进技术成熟度已经达到9级，国内最成熟的电推进产品只达到57级。国外推力器寿命验证已经达到50000小时，国内推力器寿命验证

34、目前只达到4500小时（目标12000小时，试验仍在继续）。（3）国外电推进已覆盖类型、功率、模式、比冲的全范围，国内电推进仅覆盖离子和霍尔类型、小功率和中功率、中等比冲、单模式和双模式等范围，其他范围的电推进还处于方案论证阶段，超大功率和超高比冲甚至还没有涉及。5.2 未来发展及应用需求我国航天发展对电推进应用的主要需求领域包括GEO卫星位置保持和轨道转移、机器人和载人深空探测主推进、LEO卫星无拖曳控制和轨道维持、地球轨道超大型航天器、微小卫星姿轨控等方面。（1）GEO卫星位置保持和轨道转移应用需求我国已经明确应用电推进的GEO公用平台包括：DFH-3B的南北位保、DFH-4E和SAST5

35、000的全位保、DFH-5和SAST9000的全位保和部分轨道转移、DFH-4SP的全位保和全部轨道转移。GEO卫星平台应用电推进可以使平台实现高有效载荷比、高精度、高分辨率、高稳定度和长寿命。其中，位置保持任务需要13kW单模式中比冲电推进，目前技术成熟度最好的离子和霍尔电推进均可满足需求；轨道转移任务需要510kW单模式中比冲电推进，位置保持和轨道转移一体化任务需要110kW双模式中/高比冲电推进，需要新研制双模式电推进产品满足任务需求，考虑到节省推进剂效益和双（多）模式，离子电推进更具优势，在功率限制条件下特别需要大推力时可选用霍尔电推进。（2）机器人深空探测和载人深空探测主推进应用需求

36、现有技术条件支撑下，要完成近地小行星、主带小行星、太阳系内行星等的环绕、着陆、采样返回等探测，采用电推进作为主推进的机器人探测航天器是最经济可行的，预计我国机器人深空探测电推进应用大约在5年后开始，在未来很长时间上不断增长。机器人深空探测航天器主推进任务对电推进技术要求主要体现在多模式、高比冲和长寿命方面，多模式是太阳能电源随距离变化的需求，高比冲是节省推进剂的需求，长寿命是探测目标遥远的需求。任务分析表明，机器人深空探测任务对多模式电推进的需求为：功率范围110kW、比冲范围3000s5000s、工作寿命1500040000h，目前技术成熟度好的离子电推进只能满足12kW中功率应用需求，需要

37、研制510kW中功率、高比冲电推进新产品。从更长远看，登月、近地小行星、火星等载人深空探测也是重要的发展方向，载人深空探测任务需要应用超大功率、超高比冲的核电推进技术才能完成任务，因此需要发展基于MPD和VASIMR类型的电推进技术。（3）LEO卫星无拖曳控制和轨道维持等应用需求LEO卫星将在未来10年有较大的快速发展，对电推进的应用需求包括： = 1 * GB3 以相对冷气或化学推进的高比冲优势，大幅降低推进系统总重量，完成长寿命卫星的阻尼补偿、轨道升降、位置保持和机动、姿态控制、编队飞行、发射误差修正等任务； = 2 * GB3 提供姿态调节与控制、位置保持等需要的精确冲量； = 3 *

38、GB3 支撑较宽范围推力可快速调节的应用需求，如无拖曳控制、精确编队飞行等。任务分析表明，LEO小卫星轨道维持和轨道转移任务对电推进的需求主要在小功率、中比冲范围，必要时还可以进一步降低到低比冲范围，小功率单模式离子和霍尔电推进即可满足需求；LEO大型航天器（如空间站）轨道维持对电推进的需求主要在中功率、中比冲范围，现有中功率单模式离子和霍尔电推进即可满足需求；LEO小卫星无拖曳控制任务不仅需要电推进具有连续可调工作模式，且最小推力分辨也有要求，需要开发研制推力连续可调的离子电推进新产品。（4）地球轨道超大型航天器应用需求空间太阳能电站、可重复使用轨道转移运载器、深空探测月球轨道基地、电推进上

39、面级等航天任务需要大功率电推进。基于成熟技术研发大功率电推进产品是切实可行的技术路线，包括多环离子电推进、多通道霍尔电推进、离子和霍尔混合电推进等。（5）微小卫星姿轨控应用需求微小卫星（包括小、微、纳、皮等卫星）在未来10年内将呈现快速发展势头，未来我国微小卫星对微小功率电推进的应用需求包括： = 1 * GB3 以相对冷气或化学推进的高比冲优势，大幅降低推进系统总重量，完成长寿命微小卫星的阻尼补偿、轨道升降、位置保持和机动、姿态控制、编队飞行、发射误差修正等任务； = 2 * GB3 提供姿态调节与控制、位置保持等需要的精确冲量； = 3 * GB3 较宽范围推力可快速调节的应用需求，如无拖

40、曳控制、精确编队飞行等。参考文献1 Choueiri E Y. A Critical History of Electric Propulsion:The First 50 Years (19061956) J. Journal of propulsion and power,Vol.20,No.2,2004.2 Kim V，Kozubsky K N and Murashko V M.History of the Hall Thrusters Development in USSRR. IEPC2007-142, 2007.3 Gonzalez J and Saccoccia G. ESA E

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