电推进系统空间试验技术研究

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空间推进技术的发展与应用

空间推进技术的发展与应用一、前言空间推进技术是人类远航和探索宇宙的关键技术之一，为航天事业的发展提供了极为重要的支持。

近年来，随着人类对宇宙探索的需求不断提高，空间推进技术得到了快速的发展，并在卫星、载人飞船、深空探测器等众多空间器的各个方面得到了应用。

本文旨在介绍空间推进技术的发展历程以及其在航天事业中的应用。

二、空间推进技术的发展历程1.常用的空间推进技术（1）化学推进系统化学推进系统是目前使用最为广泛的空间推进技术，其基本原理是将化学燃料和氧化剂在反应室内燃烧，产生高温高压的气体流，通过喷管加速喷射而产生推力。

化学推进系统具有结构简单、推力大、启动方便等优点。

代表技术包括固体火箭发动机、液体火箭发动机等。

（2）电推进系统电推进系统是指利用电磁场和离子运动反作用力来产生推力的一种新型推进技术，具有高效、环保、低噪音等优点。

代表技术包括离子发动机、电子溅射发动机等。

（3）核推进系统核推进系统是利用核能反应，直接把大量的热能转化为储存在反应物中的化学能，并通过高压喷嘴将高速气体流喷出，以产生推力的一种推进技术。

核推进系统具有推力大、燃料储量大等优点，已被应用于一些深空探测器中。

代表技术包括核热推进系统、核脉冲推进系统等。

2.空间推进技术的发展历程空间推进技术的发展始于20世纪50年代，当时的初期技术主要是以干式火箭发动机为代表。

在1960年代后，随着航天技术的不断进步，液体火箭发动机、电推进发动机、核热推进等技术相继问世。

20世纪70年代，人类首次在太空中使用了复合推进系统，即化学推进系统和电推进系统的组合。

2004年，中国成功发射了世界上第一个离子发动机推进的卫星——星空1号，标志着中国的电推进技术迈上了新的台阶。

2010年，日本成功测试了离子发动机推进的“玉兔号”深空探测器，再次推动了电推进技术的发展。

同时，核推进技术仍然在加紧研究中，预计在未来能够得到更广泛的应用。

三、空间推进技术在航天事业中的应用1.载人航天在载人航天过程中，航天器需要在太空中保持一定的速度和轨道，以克服地球引力和免受其他影响。

电推进系统在静止轨道卫星平台上应用的关键技术

溅射到太阳帆板所产生的干扰力矩。整个系统分为６个模块：两个推力器模块，每个模块包括两个推力器，装在同一个通用调节装置上，力器安装安推角为４。采用一个二维推力矢量调节机构调节推力５，方向，保证推力矢量通过卫星的质心；两个电源模块
熟，电推进系统还没有进行过空间搭载试验，促仓

性。电推进系统的主要技术指标如表２所示。
表２电推进系统主要技术指标
上马会带来很大风险，此，终没有在该平台上因最
应用电推进系统。未来的静止轨道平台的重量要远大于现有的
１概述
电推进作为一种先进的推进技术，由于其高比冲的优势，在先进国家的卫星平台上已经日渐广泛应用，以降低系统质量、高寿命、加载荷，提提增并高姿态控制精度 ¨ 。目前，际上主要的静止轨道国
间搭载试验的成功，为未来在该平台上成功应用将
电推进系统打下了基础。
２电推进系统的初步应用方案
在静止轨道卫星平台上，同时应用电推进系拟
３电推进系统应用所涉及到的关键
技术
位置保持提供推力，以节约推进剂，提高性能。并该方案既可以充分发挥双组元统一化学推进系统在卫星人轨和姿态控制方面的优势，又可以利用高

上海空间推进研究所

上海空间推进研究所上海空间推进研究所，简称上海空推所，是我国的一家专门研究航天推进技术的研究所。

成立于1958年，前身为中国空气动力研究所，是我国最早专门从事推进技术研究的单位之一。

1972年更名为上海空间推进研究所，专门负责研究航天器的推进系统。

上海空推所位于上海市松江区，占地面积约1200亩，拥有一流的科研设施和现代化的实验室。

研究所的主要研究方向包括火箭发动机、卫星推进系统、航天器姿态控制、推进系统控制和测试等多个领域。

所内拥有一大批高素质、高水平的科研人员，包括博士、硕士和工程师等。

在火箭发动机方面，上海空推所拥有丰富的研究经验和技术实力。

他们研发出了我国第一款液体燃料火箭发动机，推动了我国航天事业的发展。

目前，他们正在研究和开发新型的绿色推进剂和大型涡轮泵等关键技术，努力提升火箭的性能和可靠性。

在卫星推进系统方面，上海空推所致力于研发先进的推进系统和控制技术。

他们开发了多台小型卫星用的电推进系统，成功地应用在一些重要的卫星任务中。

同时，研究所还在开展新型推进系统的研究，如电磁推进系统和离子推进系统等，为我国卫星发展做出了积极贡献。

在航天器姿态控制方面，上海空推所积极开展研究，不断提升航天器的控制精度和稳定性。

他们研发了多种姿态控制器和推进系统，并成功应用在载人航天等重要任务中。

此外，研究所还在推力矢量控制等方面进行了深入研究，为我国航天器的姿态控制提供了技术支持。

推进系统控制和测试是上海空推所的另一个研究重点。

他们开发了一套先进的推进系统控制系统和测试设备，能够对火箭发动机和卫星推进系统进行精确控制和全面测试。

研究所还与其他航天研究机构和企业进行合作，共同开展推进系统的控制和测试方面的研究。

总之，上海空间推进研究所是我国航天推进技术的重要研究机构之一，他们在火箭发动机、卫星推进系统、航天器姿态控制、推进系统控制和测试等方面取得了卓越的成就。

通过持续不断的研究和创新，他们不仅为我国的航天事业做出了重要贡献，同时也为全球的航天技术发展做出了积极的贡献。

基于核电的大功率霍尔电推进系统设计及分析

基于核电的大功率霍尔电推进系统设计及分析刘佳;康小录;张岩;杭观荣【摘要】本文基于空间核电源开展大功率电推进系统方案设计.大功率霍尔电推进具有结构简单、推功比高、可靠性高等综合优势,成为核电推进首选技术.以大型火星探测任务为背景,开展1MW霍尔电推进系统设计.电推进系统采用5台200 kW 电推力器组成推力器簇的方案,系统干重约2.7t,用于完成从低地球轨道(LEO)到火星轨道的轨道转移任务,预估推进剂消耗量3.89 t,远低于化学推进推进剂消耗量.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2019(053)001【总页数】7页(P9-15)【关键词】核电;霍尔电推进;系统设计;任务分析【作者】刘佳;康小录;张岩;杭观荣【作者单位】上海空间推进研究所,上海201112;上海空间发动机工程技术研究中心,上海201112;上海空间推进研究所,上海201112;上海空间发动机工程技术研究中心,上海201112;上海空间推进研究所,上海201112;上海空间发动机工程技术研究中心,上海201112;上海空间推进研究所,上海201112;上海空间发动机工程技术研究中心,上海201112【正文语种】中文【中图分类】V439.2在现阶段的空间推进领域化学推进占据绝对主导的地位，可完成目前几乎所用的空间任务。

随着空间推进技术的发展，电推进逐步应用到低高轨卫星、深空探测等多个领域，已成为空间推进重要组成部分。

电推进的优势是比冲高，可达数千上万秒，是化学推进的数倍甚至十几倍，主要用于执行在轨位保、轨道转移等任务，可极大减少推进剂的消耗量，提高飞行器的有效载荷比，有效弥补化学推进有效载荷空间运输能力不足的问题。

目前电推进的能量主要来源于太阳能，随着电推进技术的发展，太阳能电推进的不足逐渐显现，主要体现在：有限的电功率、有限的探测距离、相对较小的推力等。

太阳能的能量密度较低，导致电池阵面积过大，产生1 MW电功率的电池阵面积近似半个足球场大小，太阳能的最大电功率被限制在100 kW左右；太阳能电功率与太阳距离的平方呈反比，太阳能电推进探测范围被限制在0.4～5 AU，只能用于执行木星以内航天器的相关空间任务；电推进的推力由电功率决定，太阳能电推进的最大推力不超过10 N。

船舶综合电力推进系统陆上联调试验研究

船舶综合电力推进系统陆上联调试验研究发表时间：2019-12-12T11:31:57.120Z 来源：《基层建设》2019年第25期作者：杨东东[导读] 摘要：船舶综合电力推进系统设备众多，组成及接口关系复杂，为了确保系统顺利交付，节省上船调试及系泊航行试验时间，船舶电力推进系统一般在装船前需要进行陆上联调试验。

武汉海翼科技有限公司湖北武汉 430000摘要：船舶综合电力推进系统设备众多，组成及接口关系复杂，为了确保系统顺利交付，节省上船调试及系泊航行试验时间，船舶电力推进系统一般在装船前需要进行陆上联调试验。

基于此，本文主要对船舶综合电力推进系统陆上联调试验进行分析探讨。

关键词：船舶；综合电力；推进系统；陆上联调；试验研究1、陆上联调的必要性电力推进系统陆上联调是指整套电力推进系统所属设备的陆上联合试验，通过陆上联调试验验证系统内各设备间功能的协调性、参数的匹配性，接口关系的正确性，初步调整并确认系统参数和验证系统的性能指标，并检查系统运行的稳定性。

1.1陆上联调是检验机组成套性的重要环节在陆上联调试验中，一个主要任务就是进行机组的单机恢复试验、机组的手动、功率管理系统系统半自动并车试验及相关自动功能试验，检验机组成套性。

机组出厂时按照单机进行相关出厂试验，对于电力推进船舶使用最广泛是多机并联运行的自动工况，机组之间的动态特性、协调性影响着并联运行稳定性，这直接影响船舶的供电连续性。

联调场地负载配备齐全，有功负载和无功负载容量充足，负载均采用干式负载，安全可靠，负载可调性满足船级社的相关加载减载要求。

而船厂一般负载容量有限，负载试验接线属于临时接线，占用舱门通道，存在诸多安全隐患。

通过陆上联调试验，检验机组成套性，对机组特性及相关动态参数匹配进行初步调整，对配电板相关开关保护进行整定验证，可大大加快船厂系泊航行试验的进度。

1.2电站与推进系统匹配关系影响船舶安全在整个系统联调时，着重对电站系统及最大用电设备（推进负荷）的匹配性、协调性进行调试，匹配好电站及推进变频器的参数动态特性，推进系统作为船上最大的用电负荷，推进系统负荷决定了电站的负荷，在各种工况下，确保推进负荷限制在可用功率范围内，确保电站不过载，从而确保供电连续性，同时，电站系统动态调压调速特性、稳态调压调速特性决定了电站供电品质，同样影响着推进系统的安全运行。

船舶综合电力推进技术研究及展望

船舶综合电力推进技术研究及展望关键词：船舶；综合电力；推进技术；展望引言当前是一个科技创新时代，我国船舶制造生产行业建设发展要与时俱进，跟上时代前进的脚步。

在全球范围内，一些发达国家早已将综合电力推进系统应用在舰船中进行服役，而电力推进也从小范围应用发展到众多商业船舶应用领域。

针对于此，我国船舶生产制造商必须加强对该项技术的创新研究应用工作，促使能够结合不同类型船舶的动力运行要求，优化设计出电力推进系统，充分发挥出它们的价值作用，全面提升船舶在运行中的机动性与安全可靠性。

1船舶电力推进系统的技术特点船舶电力推进通常包括直流推进和交流推进两大类。

目前世界上有3种主流的电力推进系统，分别是轴系推进系统、全方位推进系统与吊舱推进系统。

（1）在轴系推进系统中，通常由变速电机驱动螺旋桨，而变速电机与螺旋桨轴之间可采用直接连接方式或通过齿轮装置将电机与螺旋桨轴相连。

（2）全方位推进系统则可实现自由转动，并能产生任何方向的推力，其推力可以通过定速可调螺距螺旋桨或变速定距桨进行控制。

全方位推进系统内部的电机通常包括两类：卧式电机+Z型齿轮传动、立式电动机+L型齿轮传动。

而全方位推进系统通常无法反向转动以产生推力。

（3）吊舱式推进系统可以自由转动并产生任何方向的推力。

该推进系统将电机与螺旋桨集成在一个封闭的吊舱装置中，定距螺旋桨直接配装于电机轴上。

吊舱推进系统的传动效率高于全方位推进系统的传动效率，且其机械结构相对简单。

吊舱式推进系统既能采用推式吊舱，又能采用拉式吊舱。

2船舶综合电力推进技术研究2.1舵桨推进采用变频推进电机，实现动力高效传输电力推进渡船的舵桨与推进电机经过花键直连，取代了常规推进柴油机与舵桨之间过长的传动轴，节省了很大空间，减小传动轴的振动。

变频推进电动机的控制采用闭环变频调速方法。

变频调速操作是根据渡船控制台手柄指令给定值的变化，即舵桨转速的变化，改变变频器输出的频率，并配合调整电压以获得合理的电动机运行条件。

空间电推进的技术发展及应用

空间电推进的技术发展及应用张伟文;张天平【摘要】近日，由中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所自主研制的中国首个卫星用离子电推进系统（LIPS-200）（其束流直径为200mm）地面寿命及可靠性试验累计工作时间达到6000h，开关机3000次，具备确保卫星在轨可靠运行15年的能力。

另外，航天推进技术研究院上海空间推进研究所的霍尔电推进技术也取得了重大突破—80mN霍尔推力器的空心阴极长寿命试验突破18000h，这标志着我国自主研制的电推进系统达到了国际先进水平，将全面迈入工程应用阶段，能够满足我国通信卫星系列平台的发展需求。

【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】8页(P1-8)【作者】张伟文;张天平【作者单位】兰州空间技术物理研究所;兰州空间技术物理研究所【正文语种】中文近日，由中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所自主研制的中国首个卫星用离子电推进系统（LIPS-200）（其束流直径为200mm）地面寿命及可靠性试验累计工作时间达到6000h，开关机3000次，具备确保卫星在轨可靠运行15年的能力。

1 引言电推进又称为电火箭，它是把外部电能转换为推进剂喷射动能的火箭类型。

根据把电能转换为推进剂动能的工作原理，电推进可分为电热型、静电型、电磁型、新型四大类，目前，同属静电类型的离子电推进和霍尔电推进的技术最成熟、应用也最广泛。

由于突破了传统化学推进喷射动能受限于推进剂化学内能的约束，电推进很容易实现比化学推进高一个量级的比冲性能。

在航天器上应用高比冲推进系统可以节省大量推进剂，从而增加航天器有效载荷、降低发射质量、延长工作寿命等。

新型推进系统在深空探测中的应用

新型推进系统在深空探测中的应用随着人类对宇宙的探索不断深入，深空探测成为了当今航天领域的重要研究方向。

而要实现更远距离、更高效、更精确的深空探测任务，新型推进系统的研发和应用就显得至关重要。

在传统的航天推进系统中，化学推进一直占据着主导地位。

化学推进系统通过燃烧燃料产生推力，但其能量密度相对较低，且燃料消耗量大，限制了航天器的航程和有效载荷。

为了突破这些限制，科学家们致力于研究和开发各种新型推进系统。

电推进系统是近年来发展迅速的一种新型推进技术。

它利用电能将推进剂加速并喷射出去，从而产生推力。

电推进系统具有比冲高、燃料消耗少的显著优点。

常见的电推进系统包括离子推进器和霍尔推进器。

离子推进器通过电离推进剂并将离子加速到高速喷出，其比冲可以达到数千秒甚至更高，这意味着使用相同质量的推进剂，离子推进器能够提供更长时间和更大的速度增量。

霍尔推进器则利用磁场和电场的相互作用来加速推进剂，具有结构相对简单、可靠性高的特点。

电推进系统在深空探测任务中已经得到了一定的应用，例如一些卫星的轨道调整和姿态控制。

在未来的深空探测任务中，电推进系统有望成为主要的推进手段，大大提高航天器的性能和效率。

太阳能热推进系统也是一种具有潜力的新型推进方式。

它利用太阳能聚焦产生高温，加热推进剂使其膨胀并喷出产生推力。

这种推进系统不需要携带大量的燃料，而是依靠太阳能源，具有较高的能量利用效率。

然而，太阳能热推进系统的推力相对较小，目前还处于研究和试验阶段。

核推进系统是另一个备受关注的研究方向。

核推进系统利用核反应产生的能量来加热推进剂或直接产生高速粒子流产生推力。

核推进系统具有极高的能量密度，可以提供强大的推力，使航天器能够在较短的时间内到达遥远的目的地。

不过，核推进系统面临着诸多技术挑战和安全问题，如核反应堆的小型化、辐射防护等，目前还处于概念研究和技术验证阶段。

除了上述几种新型推进系统，还有一些其他的创新概念也在不断涌现。

例如，激光推进系统利用强大的激光束加热推进剂产生推力；磁流体动力学推进系统则利用磁场和导电液体的相互作用来产生推力。

空间核电推进技术发展研究

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人类未来空间探测将重点关注火星以及其他更远星球的载人任务，如何缩短任务周期、减少宇航员在飞行过程中所受的宇宙辐射是将要面临的最大挑战．化学推进方式可以获得较大的推力，但比冲远低于电推进．目前在轨使用的霍尔和离子电推力器可以获得较高的比冲，但其推力较低；此外，对于远距离深空探测任务而言，太阳能帆板可提供的电功率难以满足航天器的工作需求．受到上述因素的限制，目前所使用的推进方式只能满足近地航天任务
提出建议．
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关键词：空间核电推进；空间核反ห้องสมุดไป่ตู้应堆；动态能量转换；大功率电推力器中图分类号：Ｖ４３９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４ — １５７９（２０１３）０５－０００１ — ０６
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空间控制技术与应用
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中国空间站相关零件对应的技术

中国空间站相关零件对应的技术1、用于“天和”核心舱电推进系统霍尔推力器的氮化硼陶瓷基复合材料电推进系统。

氮化硼陶瓷基复合材料电推进系统又称电火箭发动机，是一种先进的空间推进技术，其中的霍尔推进器可以依靠强磁场和电场，利用离子流和电场形成了霍尔效应。

这种装置不需要使用燃料，仅利用电能喷出的离子流为核心舱提供动力。

而霍尔推力器中等离子体的电离、加速均在由氮化硼陶瓷基复合材料做成的放电腔中完成，因此放电腔可以比喻成霍尔推力器的“心脏”。

据报道，中科院金属所沈阳材料科学国家研究中心陈继新副研究员团队通过研制具备高强度、抗热震、绝缘性能好等优点的氮化硼基复合材料，攻克了普通氮化硼陶瓷材料强度低和抗离子溅射能力差等缺点，使其能够广泛应用在重大航天计划中，满足了航天器对陶瓷腔体材料的高要求。

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2、用于空间站太阳翼伸展机构关键部件的高性能碳化硅颗粒增强铝基复合材料。

我国的空间站有两对单翼翼展约30米的柔性太阳翼。

它们与双轴对日定向机构、高效能锂离子电池等一起，构成了空间站的电源系统，能够为空间站提供可靠、充足的不间断供电。

据报道，“天和”核心舱首次采用了大面积可展收柔性太阳电池翼，双翼展开面积可达134平方米。

与传统刚性、半刚性的太阳电池翼相比，柔性翼体积小、展开面积大、功率重量比高，单翼即可为空间站提供9千瓦的电能，在满足舱内所有设备正常运转的同时，也完全可以保证航天员在空间站中的日常生活。

据报道，中科院金属所师昌绪先进材料创新中心马宗义团队研制的高性能碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiC/Al）成功应用于空间站太阳翼伸展机构关键部件，为太阳翼的顺利展开保驾护航。

目前该团队已为空间站电源系统提供了十余批次产品。

此外，马宗义团队所制备的铝基碳化硅复合材料已多次应用于我国各项航天任务中，包括：嫦娥五号月球钻取采样机构中的关键部件—钻杆及其结构件、“天问一号”火星探测器和“祝融号”火星车的关键结构材料（来源：新华社、中科院金属所官网、金属所金属基复合材料&特种焊接与加工研究团队官网）3、用于“天和”核心舱推进系统热控的多种铠装热控器件空间站热控系统。

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第２３卷ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第３期
ＳＰＡＣＥＣＲＡＦＴＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
２０１４年６月
电推进系统空间试验技术研究
李林凌刘伟赵烁
（北京空间飞行器总体设计部，北京１０００９４）
摘要电推进系统的相容性、空间推力／比冲等是空间应用关注的重要性能指标。根据电推进系统未来空间试验技术发展趋势，调研了国内外离子、霍尔电推进系统的推力、电磁兼容性、对卫星的污染等空间试验情况，结合我国电推进系统首次开展空间试验现状、电推进系统的布局，以及星上配备的卫星污染与电位监测器，对空间环境条件下卫星的污染、电推进自身及卫星设备的电磁兼容性、空间推力标定方法、推进剂剩余量分析方法等进行了研究。通过电推进系统在轨连续试验、电推进羽流影响等分析，得到电推进对卫星周围污染情况、电推进与卫星平台的电磁兼容性等
ＳｔｕｄｙｏｎＳｐａｃｅＴｅｓｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ
ＵＷｅｉＺＨＡＯＳｈｕｏＬＩＬｉｎｌｉｎｇＬＩ
（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ（ＥＭＣ），ｓｐａｃｅｔｈｒｕｓｔｅｒａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅａｒｅｔｈｅｍｏｓｔ
在轨性能参数，可为全面评价电推进系统技术、科学制定电推进空间试验计划及电推进空间应用提
供依据。
关键词电推进；空间试验；相容性；推力标定
中图分类号：Ｖ４３９
文献标志码：Ａ
ＤｏＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３ — ８７４８．２０１４．０３．０２２
根据电推进系统未来空间试验技术发展趋势调研了国内外离子霍尔电推进系统的推力电磁兼容性对卫星的污染等空间试验情况结合我国电推进系统首次开展空间试验现状星上配备的卫星污染与电位监测器对空间环境条件下卫星的污染电推进自身及卫星设备的电磁兼容性空间推力标定方法进剂剩余量分析方法等进行了研究
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