龍 丹，鄭 茜，劉 暢，尤浩琦，杜 婷，劉佩佩

(中國(guó)民航大學(xué) 天津 300300)

電推進(jìn)技術(shù)是一種先進(jìn)推進(jìn)技術(shù)，目前已發(fā)展出混合電推進(jìn)、霍爾電推進(jìn)、離子電推進(jìn)等多項(xiàng)技術(shù)，主要應(yīng)用于飛行器、超低軌道衛(wèi)星、深空探測(cè)器等多類航空器，其通過能源轉(zhuǎn)化的方式使電推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生推力。相比于其他推進(jìn)技術(shù)，電推進(jìn)技術(shù)比沖高、推力小且精確可調(diào)、壽命長(zhǎng)，可以使航天器的運(yùn)轉(zhuǎn)更高速、更長(zhǎng)期可靠，同時(shí)可克服較小的阻力，滿足新型航天任務(wù)的需求。此外，以傳統(tǒng)煤油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)在減排降噪上的潛力十分有限，電推進(jìn)是一種新能源技術(shù)，在節(jié)能減排上有著較大的潛力，有利于促進(jìn)當(dāng)今社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

電推進(jìn)技術(shù)憑著技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)正躍居為近年來(lái)在空間推進(jìn)領(lǐng)域發(fā)展和應(yīng)用最為迅速的技術(shù)，且越來(lái)越受到社會(huì)各界的重視。

1 電推進(jìn)技術(shù)的重要發(fā)展方向

近年來(lái)，隨著航空事業(yè)的迅速發(fā)展，電推進(jìn)技術(shù)逐漸成為航空業(yè)的焦點(diǎn)。2019年巴黎航展上，多家飛機(jī)制造商、發(fā)動(dòng)機(jī)制造商和機(jī)載系統(tǒng)制造商的專家共同強(qiáng)調(diào)了電推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的重要性，他們將電推進(jìn)技術(shù)稱為航空業(yè)“第三時(shí)代”的重要標(biāo)志。電推進(jìn)技術(shù)憑借其降低運(yùn)行噪音、便于操控和航行、節(jié)能環(huán)保、系統(tǒng)能效更高等優(yōu)勢(shì)運(yùn)用在航空的多個(gè)領(lǐng)域，本文主要介紹混合電推進(jìn)、霍爾電推進(jìn)和離子電推進(jìn)這3項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和方向。

1.1 混合電推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展

混合電推進(jìn)技術(shù)就是利用渦輪發(fā)電、燃料電池、鋰電池等不同形式能源系統(tǒng)搭配組合，同時(shí)利用電能傳輸?shù)谋憬菖c控制靈活等特點(diǎn)使得推進(jìn)系統(tǒng)與飛行器能夠按照需要融合設(shè)計(jì)的一種技術(shù)。按照飛行器的工作環(huán)境和方式可分為三大類：航天器、航空器、火箭和導(dǎo)彈。當(dāng)前主要有2類飛行器采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)：一類是采用電機(jī)螺旋槳驅(qū)動(dòng)的固定翼飛機(jī)，主要用于滿足起飛重量大、航程遠(yuǎn)的需求，以X-57麥克斯韋飛機(jī)為例，這是第一架全電動(dòng)試驗(yàn)飛機(jī)的早期版本；而另一類是可實(shí)現(xiàn)垂直起降的旋翼飛機(jī)，如直升飛機(jī)，主要用于垂直起降和實(shí)現(xiàn)空中懸停[1]。

1.1.1 應(yīng)用于電力飛機(jī)

空客公司研發(fā)的E-Fan1.2是混合電推進(jìn)運(yùn)用于飛機(jī)上的典型例子，見圖1。E-Fan1.2是E-Fan1.1的升級(jí)版本，它首次亮相是在2016年的EAA AirVenture會(huì)展上，空客公司還介紹了該項(xiàng)目的全新混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)是與合作伙伴西門子一起開發(fā)的。

圖1 E-Fan 1.2在EAA AirVenture 2016上首次亮相Fig.1 E-Fan 1.2 debuted at EAA AirVenture 2016

升級(jí)版的E-Fan1.2與純電動(dòng)的E-Fan1.1相比在飛機(jī)駕駛艙的后部增加了一個(gè)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)能夠提供飛機(jī)航行在最大巡航速度時(shí)平飛所需的動(dòng)力，同時(shí)可為鋰離子電池充電。該飛機(jī)所加裝的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)選用的是德國(guó)的Solo2625-02i(50kW)直列雙缸水冷電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，曾獲得多家航空公司的超輕型飛機(jī)認(rèn)證，重量只有24kg[2]。

升級(jí)的E-Fan1.2比E-Fan1.1的續(xù)航能力更強(qiáng)，E-Fan1.1先前的續(xù)航時(shí)間僅30min左右，但在加裝活塞發(fā)動(dòng)機(jī)后，E-Fan1.2續(xù)航能力能夠延長(zhǎng)至2h15min。但這個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，同時(shí)因?yàn)楦鞣N其他因素，2020年4月，空客公司與羅羅公司已決定終止該項(xiàng)目。

1.1.2 應(yīng)用于支線客機(jī)

混合電推進(jìn)飛機(jī)與傳統(tǒng)的燃油飛機(jī)相比具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)今全球民航運(yùn)輸業(yè)越來(lái)越重視綠色和環(huán)保的時(shí)代，其低噪聲、低排放的優(yōu)勢(shì)對(duì)民用飛機(jī)極具吸引力。美國(guó)Zunum航空很好地將混合電推進(jìn)技術(shù)運(yùn)用于支線客機(jī)，是混合電推進(jìn)支線客機(jī)的積極推動(dòng)者。Zunum公司研發(fā)的ZA10支線客機(jī)如圖2所示。

圖2 Zunum公司ZA10支線客機(jī)Fig.2 Zunum ZA10 regional airliner

美國(guó)Zunum公司于2017年創(chuàng)立，是波音和捷藍(lán)(Jetblue)航空投資的初創(chuàng)企業(yè)，現(xiàn)已獲得波音HorizonX和捷藍(lán)技術(shù)投資機(jī)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)投資。該企業(yè)于2018年正式開展了12 座的 ZA10 支線飛機(jī)的研究。該支線飛機(jī)沒有采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)引擎，而是采用電池發(fā)電機(jī)和渦輪發(fā)電機(jī)2個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)引擎，可以共同驅(qū)動(dòng)2個(gè)500kW的電動(dòng)涵道風(fēng)扇產(chǎn)生動(dòng)力，其中飛機(jī)機(jī)載電池組提供500kW的功率，渦輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)則提供另外500kW的功率[3]。

ZA10支線飛機(jī)內(nèi)部使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是賽峰集團(tuán)提供的Ardiden3Z(阿蒂丹3Z)渦軸，該發(fā)動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。ZA10的渦輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)安裝在機(jī)體后部的2個(gè)涵道風(fēng)扇中間，機(jī)載電池組則是安裝在機(jī)體、機(jī)翼和短艙中[4]。另外，Zunum公司還選取了賽峰集團(tuán)的阿蒂丹3直升機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)作為ZA10支線飛機(jī)的動(dòng)力裝置。Zunum公司之所以將ZA10飛機(jī)稱為混合電推進(jìn)飛機(jī)，是因?yàn)槠渫七M(jìn)系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，即電池和渦輪-發(fā)電機(jī)是2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，它們能夠獨(dú)立工作、互不干擾。飛機(jī)的電池是可以更替的，并且能夠隨著科技的發(fā)展而不斷升級(jí)，同時(shí)飛機(jī)航程隨著電池能量密度提升有望由2020年的1126km 提高至2030年的1609km。

與此同時(shí)，Zunum公司還計(jì)劃開發(fā)一款12座級(jí)的混合動(dòng)力支線客機(jī)ZA12。由于ZA12支線客機(jī)的電池重量很小，不到飛機(jī)最大起飛重量的20%，同時(shí)飛機(jī)上還攜帶了363kg的燃料供燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)使用，能夠大大增加飛機(jī)的航程[5]。和ZA10支線飛機(jī)不同的是，ZA12支線飛機(jī)的電池模塊安裝在機(jī)翼中，這樣將來(lái)可在飛機(jī)C檢時(shí)更換更先進(jìn)的電池，而且Zunum公司還設(shè)想讓運(yùn)營(yíng)商在2次飛行之間為電池充電或更換電池，這樣可以節(jié)省停留時(shí)間。

1.2 霍爾電推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展

霍爾電推進(jìn)技術(shù)主要應(yīng)用于航天器的發(fā)動(dòng)機(jī)上?；魻栯娡七M(jìn)是利用電子在正交電磁場(chǎng)中的霍爾效應(yīng)電離推進(jìn)劑并通過電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)離子加速的，具有工作電壓低、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)繼承性好、推力密度大等優(yōu)勢(shì)[6]。

霍爾推力器產(chǎn)生的巨大推力能夠長(zhǎng)期高效地推動(dòng)飛船前進(jìn)。除了可用于小行星任務(wù)之外，它也可用于火星基地建設(shè)和向太空發(fā)射貨物的任務(wù)中。

中國(guó)中間站核心艙“天和號(hào)”于2021年4月發(fā)射成功，圖3為“天和”號(hào)整體示意圖。“天和”核心艙作為中國(guó)天宮空間站的一部分，其子系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是基于霍爾電推進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)不僅大幅提高了燃料使用效率，而且降低了空間站維護(hù)管理的成本[7]。

圖3 “天和”號(hào)整體示意圖Fig.3 Overall schematic diagram of Tianhe

空間站在圍繞地球運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)因?yàn)槲⒅亓徒乜臻g的稀薄大氣阻力產(chǎn)生一定的高度落差，所以為保證空間站維持在太空的一定高度，國(guó)際空間站需要消耗大量的燃料來(lái)提供動(dòng)力，每年約4t，如果使用霍爾電推進(jìn)技術(shù)就可將燃料消耗降低到20%左右，也就是800kg左右[8]?？臻g站的“天和”核心艙搭載的中功率霍爾電推進(jìn)子系統(tǒng)是由上海空間推進(jìn)研究所承制的，該型霍爾推力器不論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)際上均屬于研制較為成熟的產(chǎn)品。

1.3 離子電推進(jìn)技格的發(fā)展

離子電推進(jìn)技術(shù)是將電能和氙氣轉(zhuǎn)化為帶正電荷的高速離子流，其被施加靜電引力后，離子流加速運(yùn)動(dòng)，使推進(jìn)器時(shí)速大幅提高，從而推動(dòng)航天器高速前進(jìn)。離子發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率比常規(guī)化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率提高大約10倍，因此，離子電推進(jìn)技術(shù)的有效利用能顯著降低能源消耗。

離子電推進(jìn)技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用于多類航天器、超低軌道衛(wèi)星和深空探測(cè)任務(wù)等方面。

1.3.1 應(yīng)用于超低軌道衛(wèi)星

重力梯度測(cè)量衛(wèi)星在超低軌道飛行時(shí)，由于大氣阻尼的影響，需利用推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行阻尼補(bǔ)償以達(dá)到無(wú)拖拽控制的目的。重力梯度衛(wèi)星的無(wú)拖拽任務(wù)在目前應(yīng)用較為廣泛的幾類推進(jìn)系統(tǒng)中，離子電推進(jìn)由于調(diào)節(jié)范圍寬、推力調(diào)節(jié)分辨率高、比沖高等特點(diǎn)，極其符合這一任務(wù)的需要，比其他推進(jìn)系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)。由于普通的化學(xué)推進(jìn)和冷氣推進(jìn)在超低軌衛(wèi)星軌道維持任務(wù)中實(shí)現(xiàn)的軌道精度較低、時(shí)間較短，不具有優(yōu)勢(shì)。相比之下，離子電推進(jìn)軌道精度高、推力調(diào)節(jié)分辨率合適、比沖較高、壽命較長(zhǎng)，是超低軌衛(wèi)星執(zhí)行軌道維持任務(wù)的佳選[9]。

1.3.2 應(yīng)用于深空探測(cè)器

近年來(lái)，離子推進(jìn)技術(shù)成功應(yīng)用于NASA深空探測(cè)器DS-1之后，又應(yīng)用于“日本隼鳥號(hào)”小行星探測(cè)器深空探測(cè)任務(wù)中，圖4為日本深空探測(cè)器“隼2”。離子推進(jìn)技術(shù)正顯示出越來(lái)越大的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用越來(lái)越廣，深空探測(cè)的目標(biāo)越來(lái)越細(xì)，探測(cè)范圍越來(lái)越大、越來(lái)越遠(yuǎn)。在深空探測(cè)器的電推進(jìn)執(zhí)行巡航階段軌道機(jī)動(dòng)任務(wù)中，離子電推進(jìn)的主要任務(wù)為主推進(jìn)，次要任務(wù)則包括軌道修正和姿態(tài)控制機(jī)動(dòng)。

圖4 日本深空探測(cè)器“隼2”Fig.4 Japanese deep space probe Hayabusa2

近年來(lái)，我國(guó)的第一顆小行星探測(cè)旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)Apophis小行星的伴飛、對(duì)Tukimit小行星的飛越探測(cè)和對(duì)1996FG3小行星的附著探測(cè)。在此類小行星探測(cè)任務(wù)中，離子推進(jìn)技術(shù)展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢(shì)。

2 國(guó)內(nèi)外電推進(jìn)技術(shù)發(fā)展對(duì)比

2.1 混合電推進(jìn)

2.1.1 俄羅斯

俄羅斯在電推進(jìn)飛行器基礎(chǔ)研究領(lǐng)域可謂先覺者，但在20世紀(jì)90年代初，由于蘇聯(lián)解體，其整個(gè)航空工業(yè)發(fā)展受到嚴(yán)重打擊，在電推進(jìn)領(lǐng)域的研究也就中斷了，直到2004年才開始逐漸恢復(fù)。

2017年，莫斯科航展上展出了一架配有功率500kW的混合電推進(jìn)動(dòng)力裝置的飛機(jī)模型，該模型的推進(jìn)系統(tǒng)是由燃?xì)鉁u輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后用發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)六葉螺旋槳旋轉(zhuǎn)；2019年9月，CIAM、西伯利亞航空研究所等參與的500kW混合電推進(jìn)飛機(jī)研發(fā)項(xiàng)目首個(gè)方案驗(yàn)證機(jī)在CIAM試車臺(tái)上開展地面試驗(yàn)；2019年，俄羅斯中央空氣流體動(dòng)力學(xué)研究院(TsAGI)提出了輕型短距起降支線飛機(jī)分布式混合電推進(jìn)的研究方案，分布式混合電推進(jìn)是混合電推進(jìn)領(lǐng)域的創(chuàng)新性研究，其最大優(yōu)勢(shì)就是能夠極大地降低燃油系統(tǒng)的消耗量和排放量[10]。

2.1.2 美國(guó)

美國(guó)對(duì)于混合電推進(jìn)技術(shù)的研究相比于其他國(guó)家更加深入，領(lǐng)先于國(guó)際水平。美國(guó)最開始接觸混合電推進(jìn)技術(shù)是在N＋3的飛機(jī)概念研究中。美國(guó)航空航天局(NASA)是當(dāng)前航空航天領(lǐng)域眾多部門的佼佼者，其先見性地提出了亞聲速綠色研究飛機(jī)計(jì)劃。

2011年，NASA在和GE公司合作制造N-3X層流飛機(jī)時(shí)采用了混合電推進(jìn)系統(tǒng)；2014年3月，NASA德萊頓飛行研究中心建成了AirVolt電推進(jìn)試驗(yàn)臺(tái)，之后在和航宇公司的合作項(xiàng)目中又開展了一系列混合電推進(jìn)系統(tǒng)一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試；2015年，NASA將P2006T型輕型活塞雙發(fā)飛機(jī)改進(jìn)成分布式混合電推進(jìn)飛機(jī)，P2006T飛機(jī)是一個(gè)傳統(tǒng)配置的高翼飛機(jī)，并通過了意大利最輕雙引擎飛機(jī)的認(rèn)證；2017年，NASA在美國(guó)丹佛舉行的航空航天學(xué)術(shù)會(huì)議上提出了“飛馬”混合電推進(jìn)支線客機(jī)的概念[11]，相比俄羅斯提前了2年，此后美國(guó)的多家航空公司也開始將混合電推進(jìn)技術(shù)運(yùn)用于軍用飛機(jī)、民用飛機(jī)、公務(wù)機(jī)、通用飛機(jī)等多種飛機(jī)類型之中，并加以創(chuàng)新和改進(jìn)；2019年4月，柯林斯航空航天公司(聯(lián)合技術(shù)公司旗下)為了解決飛機(jī)推進(jìn)、動(dòng)力與熱管理問題，宣布投資5000萬(wàn)美元建設(shè)面積2300m2的先進(jìn)電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室——“電網(wǎng)”，用來(lái)研究混合電推進(jìn)技術(shù)；2021年8月，安飛公司開展混合電推進(jìn)飛機(jī)航線試飛，使用的是EEL飛機(jī)，該飛機(jī)是一架經(jīng)過改裝的塞斯納337天馬座(Cessna337 Skymaster)飛機(jī)。

2.1.3 中國(guó)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)混合動(dòng)力飛機(jī)的研發(fā)主要集中在小型飛機(jī)上。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)遼寧通用航空研究院和中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所合作的混合電動(dòng)力有人機(jī)和無(wú)人機(jī)都已經(jīng)通過試驗(yàn)飛行[12]。

2020年，通航民營(yíng)企業(yè)——冠一通飛啟動(dòng)了新能源混合動(dòng)力GAX機(jī)型的研發(fā)，該款飛機(jī)現(xiàn)有客運(yùn)和貨運(yùn)2種機(jī)型，最大航程可達(dá)5000km，起降距 離＜500m，目前擁有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。2020年4月，我國(guó)第一艘油電混合推進(jìn)應(yīng)急指揮船“深海01”在廣州黃埔文沖船舶有限公司順利下水，該船舶是國(guó)內(nèi)首艘使用鋰電池作為混合推進(jìn)動(dòng)力的公務(wù)船。

2.2 霍爾電推進(jìn)

2.2.1 美國(guó)

美國(guó)在霍爾電推進(jìn)上的成功研究得益于俄羅斯。美國(guó)先前在霍爾電推進(jìn)技術(shù)上的進(jìn)展很慢，而俄羅斯則在國(guó)際上遙遙領(lǐng)先。早在1976年，蘇聯(lián)就將他們研究出來(lái)的霍爾電推進(jìn)技術(shù)運(yùn)用到了衛(wèi)星上。蘇聯(lián)解體之后，美國(guó)和俄羅斯交流了霍爾電推進(jìn)技術(shù)，在1992年還簽訂了引入這項(xiàng)技術(shù)的協(xié)議。

20世紀(jì)90年代初期，美國(guó)勞拉公司引入了霍爾推力器，并進(jìn)行了研究與再開發(fā)；2008年，BPT-4000在美國(guó)的Aerojet GEO衛(wèi)星上運(yùn)行，在該推力器的壽命實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)了磁屏蔽技術(shù)，研究人員通過大量實(shí)驗(yàn)研究將該技術(shù)成功運(yùn)用于推力器研發(fā)之中；2010年8月，美國(guó)發(fā)射了一顆戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星AEHF-1，星箭分離后遠(yuǎn)地點(diǎn)推力器BT-4未能啟動(dòng)，因此，采用BPT-4000的救援方案完成了軌道提升，并首次驗(yàn)證了霍爾電推進(jìn)轉(zhuǎn)軌的可行性。近年來(lái)，美國(guó)開展了適用于空間運(yùn)輸、載人深空探測(cè)等任務(wù)的大功率霍爾推力器的研究工作，并成功研制出了50kW級(jí)的NASA-457M、NASA-457Mv2、NASA-400M推力器原理樣機(jī)。

2.2.2 中國(guó)

國(guó)內(nèi)對(duì)于霍爾電推進(jìn)的研究相比于其他大國(guó)其實(shí)并不算晚，1967年就開展了電推進(jìn)研究工作。中國(guó)的霍爾電推進(jìn)技術(shù)和美國(guó)一樣也請(qǐng)教了俄羅斯。 1999年美國(guó)終止同中國(guó)的航天合作計(jì)劃之后，中國(guó)和俄羅斯進(jìn)行了一次技術(shù)上的交流，于是霍爾電推進(jìn)技術(shù)就被帶入了中國(guó)。中國(guó)的電推進(jìn)技術(shù)并不是照搬俄羅斯，而是在其基礎(chǔ)之上加以改進(jìn)。2012年，中國(guó)研究出的霍爾電推進(jìn)技術(shù)運(yùn)用于搭載LIPS-200離子推力器和HET-40霍爾推力器實(shí)踐9A衛(wèi)星進(jìn)行空間在軌實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)是我國(guó)首次進(jìn)行的電推進(jìn)技術(shù)的空間實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在此之后，中國(guó)霍爾電推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展從基礎(chǔ)性預(yù)研階段正式進(jìn)入空間應(yīng)用階段； 2015年，80mN國(guó)產(chǎn)霍爾電推進(jìn)器到達(dá)了國(guó)際領(lǐng)先水平，同時(shí)能夠滿足在軌工作長(zhǎng)達(dá)15年的壽命要求；2017年，用來(lái)搭載實(shí)踐十八號(hào)衛(wèi)星的東方紅五號(hào)平臺(tái)用了200mN功率5kW的霍爾電推進(jìn)器； 2019年，搭載著實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星的東方紅五號(hào)平臺(tái)成功進(jìn)入軌道，標(biāo)志著我國(guó)已開始在航天領(lǐng)域使用大功率的霍爾電推進(jìn)器。

就目前來(lái)看，我國(guó)霍爾電推進(jìn)技術(shù)在空間站上的發(fā)展水平高于其他國(guó)家，且我國(guó)空間站利用霍爾電推進(jìn)技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)軌道控制，不過在研發(fā)推力器的水平上還是稍遜于美國(guó)和俄羅斯。

2.3 離子電推進(jìn)

2.3.1 美國(guó)

1960年6月，世界上第一臺(tái)實(shí)用型電推進(jìn)裝置——離子推進(jìn)器誕生了，該離子推進(jìn)器為NASA格倫研究中心成功所研制，其研制引起了電推進(jìn)領(lǐng)域的轟動(dòng)；1964年7月，NASA將2臺(tái)電子轟擊式離子推進(jìn)器發(fā)射向太空，其中一臺(tái)成功工作，標(biāo)志著美國(guó)在太空啟動(dòng)離子推進(jìn)器的起點(diǎn)；1965年，離子推力器在美國(guó)完成了世界上首次空間飛行試驗(yàn)；1970年，SERT-2號(hào)飛行器搭載著以汞離子為工質(zhì)的2臺(tái)離子推進(jìn)器升空進(jìn)入高達(dá)1km的極軌道，2臺(tái)離子推進(jìn)器在空間環(huán)境中分別完成了較長(zhǎng)的工作時(shí)長(zhǎng)和多次開關(guān)；1997年8月，由美國(guó)泛美衛(wèi)星公司發(fā)射的通信衛(wèi)星首次使用氙離子推力器(XIPS)來(lái)進(jìn)行南北位置保持，該氙離子推力器是世界上第一臺(tái)商用離子推力器；1998年，在“深空1號(hào)”的深空飛行任務(wù)中，離子推進(jìn)器首次成為主力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用；2010年，波音公司進(jìn)行了BBS-702SP平臺(tái)開發(fā)計(jì)劃，標(biāo)志著全世界第一個(gè)全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)的開啟，此平臺(tái)采用XIPS-25推力器徹底替代了化學(xué)推進(jìn)；2013年，美國(guó)宇航局研制了先進(jìn)離子推進(jìn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，此類離子電推進(jìn)技術(shù)可用于深空探索任務(wù)，這是一種太陽(yáng)能電動(dòng)推進(jìn)器，其效率高于化學(xué)燃料火箭，更適合用于完成深空探索任務(wù)。

美國(guó)是世界上第一個(gè)研制出離子推進(jìn)器的國(guó)家，同時(shí)也是離子電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域的壟斷者。在離子電推進(jìn)領(lǐng)域，美國(guó)在全球有著極其重要的地位。美國(guó)不僅成功將其作為主力推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用于深空飛行，還將其成功用于深空探測(cè)任務(wù)。美國(guó)早期的電推進(jìn)技術(shù)以汞離子推進(jìn)器為主，此外，氙離子推力器電子轟擊式離子推進(jìn)器也應(yīng)用于太空任務(wù)中，美國(guó)的離子電推進(jìn)技術(shù)仍在迅猛發(fā)展中，并在世界上占據(jù)重要地位。

2.3.2 中國(guó)

1967年，中科院電工所率先針對(duì)軌道提升任務(wù)開展了電子轟擊式汞離子推力器技術(shù)研究，分別研制了6cm和12cm的試驗(yàn)樣機(jī)；1986年，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院510所成功研制了毫米汞離子電推進(jìn)系統(tǒng)，1988—1993年成功研制了90mm氙離子電推進(jìn)系統(tǒng)；2015年，510所自主研制了中國(guó)首個(gè)衛(wèi)星用200mm離子電推進(jìn)系統(tǒng)(LIPS-200)，其能確保衛(wèi)星在軌可靠運(yùn)行15年。

目前，我國(guó)自主研制的電推進(jìn)系統(tǒng)已在國(guó)際上達(dá)到先進(jìn)水平，已經(jīng)開始應(yīng)用于各項(xiàng)工程，并且可以滿足我國(guó)通信衛(wèi)星系列平臺(tái)、高軌遙感平臺(tái)和深空探測(cè)器的發(fā)展需求。經(jīng)過多項(xiàng)技術(shù)的研究與發(fā)展，我國(guó)的離子電推進(jìn)技術(shù)正一步一步得以提升，在國(guó)際上的地位也越來(lái)越重要。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前，國(guó)外混合電推進(jìn)、霍爾電推進(jìn)與離子電推進(jìn)技術(shù)發(fā)展較為成熟，縱觀我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展歷史，我國(guó)努力研究發(fā)展電推進(jìn)技術(shù)的道路雖困難重重，但已在這條道路上披荊斬棘并使之更好地應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，故取得電推進(jìn)技術(shù)在國(guó)際上較為成熟甚至領(lǐng)先的成果。然而目前電推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展仍存在一些難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，如電源處理單元的多模塊組合的高電壓輸出、高電壓絕緣防護(hù)技術(shù)及多路穩(wěn)流源集中設(shè)計(jì)技術(shù)的難點(diǎn)和離子推進(jìn)器高功率化、超高比沖化、系統(tǒng)簡(jiǎn)化及可靠性提升、微小推力范圍連續(xù)可調(diào)等，這些挑戰(zhàn)意味著今后還需在電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域開展更多的研究探索。因此，我國(guó)應(yīng)借鑒國(guó)外電推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮創(chuàng)新精神，利用技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展電推進(jìn)技術(shù)，堅(jiān)持不懈地解決電推進(jìn)技術(shù)研發(fā)過程中遇到的難題和挑戰(zhàn)。只有這樣，我國(guó)電推進(jìn)技術(shù)才會(huì)迎來(lái)一個(gè)長(zhǎng)期光明的未來(lái)，才會(huì)為全球電推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展提供良好的經(jīng)驗(yàn)借鑒，才能促進(jìn)電推進(jìn)領(lǐng)域的發(fā)展?！?/p>