在2024年10月，“千帆星座”一期02組衛(wèi)星成功發(fā)射后，業(yè)界觀察者迅速注意到，部分衛(wèi)星的軌道爬升速度異常緩慢，未能如期進入預定軌道。盡管確切原因尚不明朗，但可以借此機會深入探討一下衛(wèi)星如何從其初始軌道順利抵達并穩(wěn)定于目標任務軌道，這一過程中不可或缺的“隱形推手”究竟是什么。
空間軌道和無線電頻率資源稀缺且不可再生，遵循先申請先得的原則。因此，無論是國家還是企業(yè)，都在競相加速推進低軌衛(wèi)星互聯網計劃，以期搶占先機。
在衛(wèi)星互聯網的建設過程中，除了可回收火箭這一“經濟型快遞員”的角色至關重要外，每年發(fā)射的數百甚至上千顆衛(wèi)星能否滿足建設需求同樣不容忽視。若衛(wèi)星無法正常升軌，無論生產效率多高，成本控制都將面臨巨大挑戰(zhàn)。
以SpaceX的Starlink項目為例，已發(fā)射的七千余顆衛(wèi)星中，約有一成因設計或制造缺陷而偏離軌道。衛(wèi)星一旦升空，為何還會失??？可以將其比作宇宙中的一艘船，推進系統便是其“發(fā)動機”和“方向舵”。一旦這一系統失效，衛(wèi)星便失去了上升和維持軌道運行的能力。
衛(wèi)星發(fā)射進入太空后，需從初始軌道轉移至任務軌道，如傳統的高軌同步通信衛(wèi)星需從低地球軌道攀升至地球同步軌道，低軌通信衛(wèi)星亦需自行爬升至目標位置。這一過程如同一次精準的“太空導航”，推進系統需為衛(wèi)星提供變軌動力，確保其抵達工作崗位。
衛(wèi)星推進系統主要包括冷氣推進、化學推進和電推進三種類型。目前，無論是Starlink還是千帆星座，所使用的衛(wèi)星大多采用電推進系統。科幻電影中，航天飛行器飛行時發(fā)出的幽藍光束，正是電推進而非傳統化學燃料的體現。
化學火箭以其強大的推力著稱，但其局限性在于，大部分燃料用于克服飛行器和燃料自身的地球引力，僅剩余少量燃料用于推動火箭滑行。以“土星五號”為例，其能將120噸有效載荷發(fā)射至地球軌道，但與之相比，其自身重量和燃料消耗顯得微不足道。盡管化學火箭的推力巨大，但火箭發(fā)射目前仍依賴化學燃料，因為要在極短時間內獲得極高速度以擺脫地球引力。
與化學火箭不同，電推進系統通過丟棄離子（加速帶電粒子）產生推力。離子體積小，意味著飛行器只需攜帶少量燃料即可持續(xù)推動很久。航天領域常用“比沖”來衡量推進系統的效率，即單位重量推進劑產生的沖量。電推進的比沖遠大于化學推進，所需推進劑卻少得多。然而，電推進的缺點是推力小，目前僅適用于太空中衛(wèi)星的位置保持、重定位和姿態(tài)控制。
衛(wèi)星與電推進的結合堪稱完美，不僅能節(jié)省燃料、增加有效載荷，還能提高控制精度和衛(wèi)星性能。對于超高精度航天器定位任務而言，電推進系統無疑是最佳選擇。電推進發(fā)動機還具有“持久穩(wěn)定”的特點，非常適合執(zhí)行長期的深空探測任務。
目前，我國電推進產品的代表是霍爾推進器，該技術路線年代前蘇聯莫洛佐夫教授的研究?；魻柾七M器內部存在互相垂直的電場和磁場，利用霍爾效應使電子聚集形成環(huán)形電子束。推進劑送入電子束中后，與電子碰撞電離，離子在磁場作用下加速推出噴口，產生推力。
霍爾推進器的電離和加速過程一氣呵成，可靠性高。但其推力較小，約在0.001牛頓至幾十牛頓之間，與推動一輛自行車的力相當。在太空中，這一微小推力足以持續(xù)推動航天器運行。
霍爾推進器的設計難點在于，需要在有限空間內設計合適的磁場，以控制電子的運動軌跡。磁場過強或過弱都會影響推進器的效率。我國在磁約束技術方面具有優(yōu)勢，但電推產品規(guī)?；蟮钠焚|仍需提升。
大疆DJI Flip無人機發(fā)布：輕于249克，AI跟拍Vlog神器僅2788元起
2025年節(jié)假日安排出爐！網友：6-9月無長假，中秋國慶合體你怎么看？
本網站LOGO小熊標志受版權保護，版權登記號：魯作登字-2015-F-025467，未經ITBEAR官方許可，嚴禁使用。
