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氙气在航天太空中的应用

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2016-02-22 11:26:00【

 

  中国航天科技集团成功绘制出了国内首张气物理特性图谱,获得了氙气在不同状态下温度、压力、密度的变化规律。至此,我国首次掌握了氙气物理特性全面详实的一手资料,为氙气在电推进系统中的应用提供有力支撑。

 

  高纯氙气是卫星电推进系统最常用的工质,其物理特性非常特殊,在电推进系统在轨工作和地面试验过程中,随着存储压力和温度的变化,氙气会表现为气态、液态、饱和态和超临界态等四种状态。

 

  在电推进系统工程应用中,需要保证提供给推力器的氙气必须是气态;而在加注过程中氙气存在多种形态,须合理控制氙各种形态之间的转换;与此同时,在氙气加注后,需要采取相应的措施保证系统中氙气的压力和温度在安全范围内,确保卫星的安全。而氙气物理性质的特殊性给氙的状态控制以及卫星的安全保障等工作带来了很大的困难。

 

  电推进应用:

 

  (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,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,霍尔电推进累计工作时间接近100000h。

 

  当前,我国研制应用的全电推进系统已达到国际先进水平,并将全面迈入工程应用阶段,满足通信卫星系列平台、高轨遥感平台和深空探测器等发展需求。同时我国已完成全电推进卫星平台方案的详细设计。

 

氙

 

  全电推进技术是采用电推进系统取代化学推进系统作为航天动力的新型航天器设计技术。由于其具有高比冲的优势,可以将航天器的有效质量提高到90%左右,卫星发射重量大为减轻,同时降低对运载火箭的承载能力要求。

 

  全电推进技术可以使人类以更低的成本进入太空领域,必将深度改变通信卫星的面貌,甚至直接影响高轨道运载火箭市场;同时可以用更少的代价实现超远深空探测、多目标探测、取样返回等具有大速度增量要求的空间探测任务。

 

  采用全电推技术后,首先可使卫星发射重量大幅降低,从目前主流的5至7吨降低到2至4吨,让通信卫星用更小、更便宜的火箭发射,减少用户的项目投入。

 

  其次,全电推技术可大大延长通信卫星的寿命。周志成说,采用全电推技术后,燃料携带量将不再成为卫星寿命的约束,通信卫星的设计寿命将普遍突破目前15年的上限,达到18至20年。

 

  全电推卫星对空间电源的发电要求大为提高,进入同步轨道后,多余的电能可以提供给通信载荷,让通信能力更加强大,连接的用户数目也将更多。此外借助卫星的自主监测、管理,可使卫星的长期运行管理更智能,地面操作更简便,提升卫星运行的安全、可靠性。

 

  中国航天科技集团502所科研人员自主研制了氙气物理特性试验系统,根据电推进系统工况要求设计了试验方案,开展了氙气物理特性测量试验。试验覆盖了-70~100℃的温度范围、0.2~2kg/l的密度范围,0~15MPa的压力范围,共选取了约20万个测量点,能满足电推进系统空间应用的所有工况要求。

 

  此外,氙气在汽车行业、医学领域、原子核反应堆和高能物理等领域的应用越来越广泛,此次氙气物理特性的部分研究成果也可用于上述领域,氙气什么价格?氙气购买首选选纽瑞德。

 
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