離子電推進系統開啟中國航天器電推進時代

在2014年到來之際，中國自主研製的LIPS-200離子電推進系統鑒定產品在510所啟動長壽命地面考核驗證試驗。該專項試驗整合大量的人力、物力、財力，將歷時兩年，工作時間11000小時，力求突破15000小時，預計累計完成6000～8000次開關機點火試驗。

LIPS-200離子電推進系統已於2012年10月在中國實踐九號衛星上成功完成空間飛行試驗驗證。在此基礎上，510所瞄準中國高軌道通信衛星平台和空間站建設，集中力量攻堅克難，著力提升產品的成熟度和長壽命高可靠水平，取得了新的突破。此次試驗將是對該產品的壽命和可靠性進行的一次全方位檢驗，也是電推進型號應用階段必須開展的一項重大試驗，它開啟了電推進系統全面型號應用的新時代。

40年堅守

突破電推進系統核心技術

目前，中國發射的航天器一直由化學燃料執行空間推進職能，為了完成變軌、姿態調整和南北位置保持任務，航天器需要攜帶大量燃料。舉例來說，中國目前一顆15年壽命的高軌道衛星大約重4.8噸，而化學燃料貯箱重量就達3噸。如果採用LIPS-200電推進系統替代化學推進，僅南北位置保持就可省去810公斤燃料，如果執行全電推進方案，整星重量將降至2噸以下，從而大幅提升我國通信衛星的容量和國際競爭力。

電推進技術是當前最為先進的空間推進技術，其基本原理是通過把外部電能轉化為推進劑噴射動能，從而產生推力的一種反作用式推力系統。歐美自上世紀60年代起開始研製，於90年代初步開始應用，產生了良好的經濟效益，形成了競爭優勢。

美國休斯702SP平台已於2012年3月完成了全電推進平台建設，實現了這一重大目標，並已進入商業化發展階段。

510所於上世紀70年代初幾乎與國外同期開展了電推進技術攻關，研製成功直徑為8厘米的離子電推進系統，於1987年獲得國家科技進步一等獎。

在隨後的10餘年裡，因無需求牽引，該所在沒有國家項目和經費支持的困難條件下，堅守理想信念，保留最核心的專業研究隊伍，自籌資金持續不斷地開展技術攻關。

「十五」以來，國家逐步加大了科技創新投入，該所積極爭取國家項目立項，並在中國航天科技集團公司和五院創新基金的支持下，加大自主投入力度，加快技術成果應用，先後研製成功LIPS-200離子電推進系統試驗樣機、工程樣機和飛行驗證產品，成功突破了LIPS—200離子電推進系統及各單機的關鍵技術，使之成為具備在軌應用條件的成熟工程產品。

40年孤獨堅守，40年埋頭攻關，該所廣大幹部職工自力更生、艱苦奮鬥，從預研成果到工程樣機，再到型號產品，逐步跨越了電推進研製的關鍵階段。幾十年來，無論多麼艱難，該所始終把促進中國電推進技術發展作為光榮職責和堅定追求，矢志不渝，從未放棄。

四次跨越

中國電推進系統的發展歷程

從電推進系統的研製歷程看，一般來說，從技術開發到型號應用，必須步步為營，要經歷四個不可逾越的發展階段，每一個階段都有其特定的技術目標。

一是技術開發階段，以電推進點火試驗為特徵，主要是測量、固化推力器的推力、比沖、功耗等物理性能參數，研製電推進試驗樣機。

二是工程研究階段，在獲得推力器推力、比沖等特徵參數的基礎上，聚焦宇航熱、力、磁等工程約束條件，實現電推進物理性能與工程要求的高度融合，研製電推進工程樣機。

三是空間飛行驗證階段，以驗證電推進系統在空間環境下各功能參數的實現與穩定工作，各子系統、單機間的匹配性，以及電推進系統與整星之間的耦合為目的，建立電推進系統的在軌工作基線，研製工程飛行驗證產品。

四是型號應用階段，在空間飛行試驗驗證的基礎上，開展地面1：1長壽命考核驗證試驗，以確認電推進系統、關鍵部組件15年長壽命工作的能力。510所即將開展的長壽命考核試驗就是決定我國電推進系統正式應用於衛星型號的最重要的試驗。

目前，國內從事電推進技術探索的單位雖然很多，但是絕大多數尚停留在第一個階段。

再接再厲

打造長壽命高可靠產品

在歐美等電推進系統應用比較早的國家，地面壽命考核試驗是解決電推進系統長壽命、高可靠問題的有效手段和通行做法。早在兩年前，510所就依託在真空設備研製領域的技術優勢，籌資8000多萬元自主建造了TS-5A、TS-6A、TS-7等大型真空試驗設備，建成了國內最先進的TS-7電推進專用大型真空試驗設備，以滿足LIPS-200離子推力器的長壽命試驗要求。

本次開展的電推進系統產品1：1長壽命考核驗證，將在以下四個方面全面驗證LIPS-200離子電推進系統產品的性能。一是驗證電推進系統尤其是推力器產品的工作壽命否滿足衛星15年南北位保要求；二是獲取影響電推進系統各單機壽命的關鍵特徵參數，為建立壽命預測模型提供基礎數據，以便開展可靠性評估；三是確認電推進系統尤其是推力器產品是否存在早期隨機性失效模式，並為解決該失效模式提供試驗數據；四是確認壽命期間離子推力器的性能變化特性，獲得電氣參數補償的摸底數據，為確保衛星任務完成應用提供工作策略驗證結果。

通過長壽命考核試驗驗證，將進一步夯實LIPS-200離子電推進系統的工程化基礎，為空間應用提供更加可靠的保障。LIPS-200離子電推進系統的型號應用，對於全面提升我國通信衛星系列平台、深空探測航天器、重力場測量衛星、載人航天空間站等多種用途的航天器整星技術水平、進一步增強中國商業衛星的國際競爭力、促進中國航天技術跨越式發展具有重大的里程碑意義。

目前，在上級部門的大力支持下，電推進技術已被納入國家創新平台，成為該所國家級重點實驗室的重要研究方向，使電推進技術已進入型號全面應用的又一個萬里長征。各級領導和用戶的大力支持，科研人員的辛勤付出，已經結出了豐碩的成果，這一切都在莊嚴宣告：中國航天器步入電推進的新時代已指日可待。