《星际迷航》《末日救援》等科幻电影中多次出现这样的场景：飞船尾部喷出蓝色的光焰，向着深空飞驰而去……深邃的太空中那道迷人的光焰就是离子电推进发动机工作时喷射的离子羽流。其实，如此具有科幻感的技术并不仅仅存在于影视作品中，离子电推进技术已在国内外的空间任务中得到越来越多的应用。黄金城集团八院控制所历经10余年研制，让科幻照进现实，“推动”我国商业微小卫星行稳致远。
“节能高手”在空间领域大显身手
作为一种新型的空间推进技术，离子电推进技术借助电能使工质离解成为带电粒子，再通过加速这种带电粒子流来获得推力，其最大的特点是比冲量高。
“比冲量是指单位重量推进剂所产生的冲量，是衡量火箭或飞行器发动机效率的重要物理参数。”项目负责人朱康武介绍道，“常规化学推进运载火箭比冲一般在200秒~300秒，离子推进发动机可以轻松实现3000秒以上的超高比冲，可显著降低发射质量，或在相同发射质量下增加有效载荷、提高工作寿命。”
以一颗15年寿命的高轨卫星为例，体重不到5吨的卫星，其化学燃料贮箱就重达3吨。如果采用全电推进系统，卫星可“瘦身”至2吨以下，节省出来的空间和重量可为载荷提供更多可能。
鉴于其更为持久的推力，离子推进技术在国际深空探测领域已大显身手。美国深空1号彗星探测器首次将离子推力器作为主推应用于深空飞行，圆满完成与9969号小行星“布雷尔”及两颗彗星的交会探测任务。日本利用搭载了微波离子推力器的隼鸟1号、隼鸟2号探测器完成了对2.9亿公里外的小行星探测并成功采样返回地球。
在低轨巨型星座方面，美国SpaceX公司的“星链”网络卫星全部配备电推力器完成入轨组网与在轨任务，成为电推进技术在商业卫星领域大规模应用的典范。
“电小强”的进化之路
“电小强”是控制所电推进实验室成员对离子推进产品的昵称，其大部分采用电能电离推进剂，体积、重量、功耗小，推力精微可调，功能、性能强，其优异的“性价比”让研制团队相信它一定大有可为。
2021年5月10日，该实验室研制的M2（40瓦级）离子推进系统在轨开机点火成功，并在30秒后实现连续点火，首次在轨应用试验获得成功，这也是国内首款在轨成功点火并稳定运行的40瓦级离子推进系统，填补了国内小功率离子推进领域产品空白，同时也标志着控制所电推进产品进入工程应用阶段。
经过10余年的研究，控制所研制团队攻克多项难题，掌握多项核心技术，将电推进技术论证、基础理论研究与创新相结合，构建起完整的电推进产品研制、空间环境模拟、地面试验验证体系。现有产品覆盖了小、中、大功率范围，形成较为完备的产品型谱体系，部分产品已搭载南粤科学星、闵行少年星等低轨卫星发射入轨，执行轨道维持等任务。
从“面向产品”到“用户为王”
在集团公司第三届届创新创意大赛上，控制所柔性化低成本高性能微波离子推进系统一路过关斩将，以决赛第一名的成绩获得大赛金奖。“柔性化”正是研制团队将黄金城集团成果向民用转化时，实现“鱼与熊掌”兼得的关键词。
“当前，国内低轨微小卫星平台正蓬勃发展，而面向商业航天的中小功率电推进产品几乎处于市场空白状态。”朱康武介绍。
面对这一广阔的市场蓝海，电推进实验室将研制理念从“面向产品”向“用户为王”转变，贯彻柔性化设计理念，以单推进模块为基础，采用标准化、模块化的推进单元进行多推力器积木化设计与耦合，以满足不同卫星对推进系统推力、比冲、功耗、重量以及布局的需求，大幅降低新型产品的研发成本，缩短研制周期，在高性能与低成本之间找到平衡点。
柔性化的中心思想就是以用户为中心，根据用户的具体需求进行高度个性化、定制化设计，提供推进/总体一体化设计服务，实现综合性能最优化，为卫星量身赋能。
当前，电推进实验室以标准化产品为基础，已完成面向100~1000公斤级卫星平台的系列型谱规划，可满足推力5~40毫牛的使用需求，并将于今年完成单推进模块的在轨飞行验证工作。
同时，团队同步开展X气体替代性工质研究工作，在确保性能的前提下，进一步压缩成本，并将于2024年完成替代性工质气体的在轨飞行验证工作，逐步实现大规模批量化应用。（陈葆娟 于学文）
