zt 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

张天平        张伟文        吴先明        杨乐
（兰州空间技术物理研究所，真空技术与物理重点实验室，甘肃兰州）


摘  要：介绍了电推进在 GEO 卫星位置保持和轨道转移、深空探测主推进、科学观测 和试验等领域的空间应用情况，分别给出了离子电推进、霍尔电推进和其他电推进类型的新 研产品和新技术发展情况，最后对我国空间电推进技术现状和未来发展进行了概要性介绍.
关键词：电推进；技术进展；应用.



1  引言

自1902年俄罗斯的齐奥尔科夫斯基和1906年美国的哥达德博士分别提出电推进概念以 来，电推进技术发展已经走过了一个多世纪的历程[1,2]，大致分四个阶段：1902年～1964年为 概念提出和原理探索阶段，美国、英国、德国分别研制出离子电推进样机,俄罗斯研制了霍尔 电推进样机；1964年～1980年为地面和飞行试验阶段，美国完成汞离子电推进飞行试验，俄 罗斯完成SPT霍尔电推进飞行试验；1980年～2000年为航天器开始应用阶段，俄罗斯的霍尔电 推进和美国的离子型电推进相继应用，日本、德国等其它国家的电推进也开始飞行试验；2000 年至今为电推进技术和应用快速发展阶段[3～5]。下面分别从电推进应用、新产品研制、新技 术研究等方面对空间电推进的技术发展及应用情况进行介绍,并展望了我国电推进的未来发 展及应用前景。
2  电推进应用情况

2.1 GEO卫星位置保持[6]
美国波音公司在BSS-601HP平台应用XIPS-13离子电推进系统完成南北位保任务,发射卫 星数量18颗；波音公司在BSS-702平台卫星上应用XIPS-25完成全部位置保持任务，发射卫星 数量22颗。
美国空间系统劳拉公司在LS-1300平台上应用SPT-100霍尔电推进系统完成南北位保任 务，发射卫星数量10颗；欧洲阿斯特里姆公司在EUROSTAR-3000平台上应用SPT-100和PPS-1350 霍尔电推进系统完成南北位保任务，发射卫星数量7颗；欧洲泰丽斯-阿莱尼亚公司在 SpaceBus-4000C平台上应用SPT-100霍尔电推进系统完成南北位保任务，发射卫星数量6颗； 俄罗斯应用力学联合体继续在MSS-2500等平台应用SPT-100系列霍尔电推进系统完成全部位 保任务，发射卫星数量11颗；美国洛马公司在A2100M平台上开始应用BPT-4000霍尔电推进完 成南北位保任务，发射卫星数量3颗。
欧洲最新ALPHABUS平台确定采用Snecma公司的PPS-1350霍尔电推进系统完成南北位保任 务，已经完成首发卫星发射。2007年启动的欧洲小型GEO平台将采用SPT-100和HEMP-3050组合 的电推进系统完成位置保持。中国DFH-3B平台卫星将采用LIPS-200离子电推进系统完成15年 南北位置保持任务，计划2016年发射。
2.2 深空探测主推进[6]
1998年10月美国发射的深空一号（DS-1）航天器应用单台NSTAR-30离子电推进系统完成 小行星探测的主推进任务，在历时3年多的飞行任务中离子电推进系统累计工作16265h，开关 机200多次，产生速度增量4.3km/s。2007年9月美国发射的黎明号（Dawn）航天器应用3台 NSTAR-30离子电推进系统完成对主带小行星中灶神星（Vesta）和谷神星（Ceres）科学探测

的主推进任务，航天器于2011年7月实现Vesta的轨道捕获，2012年9月完成为期1年的Vesta 科学探测任务并离开，电推进累计工作25000h、消耗氙气262kg、产生速度增量7km/s。目前 航天器正在奔向Ceres的征途中，计划2015年到达。
2003年5月日本发射的隼鸟号（Hayabusa）航天器应用4台μ-10微波离子电推进系统完成 S类近地小行星丝川（Itokawa）的采样返回的主推进任务，2010年6月返回舱成功降落到澳大 利亚并回收。在整个飞行任务中离子电推进系统累计工作39637h、产生速度增量2.2km/s，单 台推力器最长工作时间达到14830h、1805次开关。日本计划于2014年发射的隼鸟二号
（Hayabusa-2）航天器将继续采用4台μ-10微波离子电推进系统完成1999JU3小行星采样返回 的主推进任务，航天器计划2017年到达1999JU3并采样，2020年返回地球。
2003年9月欧洲发射的智慧一号（SMART-1）航天器应用单台PPS-1350霍尔电推进系统完 成月球探测的主推进任务，2005年完成了月球探测使命最终坠落月球表面。在整个飞行任务
中电推进累计工作近5000h，由于推进系统的良好性能，使得航天器绕月球探测工作时间从原 计划的6个月延长到了1.5年。ESA和JAXA联合研制的水星探测贝布克伦布（Bepicolombo）航 天器将应用4台T6离子电推进系统把磁圈轨道器和星体轨道器送入水星轨道,航天器计划2015 年发射，2021年到达水星。电推进系统在整个任务中提供不少于5km/s的速度增量，推力器累 计工作20000h以上。
加利福尼亚理工学院分析验证了用40kW电推进完成近地小行星捕获并转移到绕月轨道的 可行性，计划于2020中期实施。ESA正在论证采用太阳能电推进和同位素核能电推进组合完成 距离太阳200AU进行太阳和星际探测的可行性。NASA正在开始进行针对载人深空探测太阳电推 进系统的飞行验证计划,电推进总功率30kW,用1年时间完成从400kmLEO到地月L2的轨道转移, 计划2018年飞行。中国正在论证应用LIPS-200+离子电推进系统完成近地小行星探测的技术方
案。
2.3 GEO卫星轨道转移
波音公司在BSS-702平台卫星上已经实施了应用XIPS-25离子电推进系统完成最终GEO轨 道圆化的部分轨道转移任务,其中化学推进把卫星送入近地点约30000 km、远地点约42000 km、倾角0萀中间椭圆轨道，电推进在1.5个月内完成GEO轨道，截止2011年5月已经应用16 颗卫星。俄罗斯在2003年发射的YAMAL-201和YAMAL-202卫星上应用SPT-70电推进完成了部分 轨道转移。
在2001年7月发射的欧洲阿特米斯（ARTEMIS）卫星上，由于运载上面级故障卫星未能进 入预定轨道，用电推进系统经过18个月轨道转移最终到达同步轨道并定点，首次证明了电推 进系统修复轨道错误的能力。在2010年8月发射的洛马公司AEHF-1卫星上，发生了卫星双组元
化学推进故障，应用2台BPT-4000推力器同时工作，在14个月内完成了几乎全部的轨道转移任 务。基于AEHF-1的经验，洛马公司在AEHF-2卫星上直接实施了电推进系统完成大部分轨道转 移的应用策略。
2012年波音公司实现了BSS-702SP平台4颗全电推进卫星的商业定货，其中ABS-3A和 SATMEX-7等2颗卫星计划于2014年发射,该卫星采用XIPS-25离子电推进系统完成全部轨道转 移和位置保持等任务，几乎完全取消了化学推进系统[7]。目前欧洲、俄罗斯等都已经开始全 电推进卫星的研制计划[8]。
2.4 科学观测与试验航天器
2009年欧洲发射的GOCE卫星应用2台T5离子电推进系统完成240km高度轨道飞行的大气阻 尼精确补偿（无拖曳控制），在2年内绘制出了高精度的全球重力场分布，截止2012年底电推 进系统累计工作24000h。
日本计划于2014年发射超低高度试验卫星(SLATS),采用改进型IES-12离子电推进系统完 成250km高度大气阻尼补偿。计划于2017年发射的LISA探路者航天器将采用美国Busek公司研

制的胶体电推进和意大利ALTA公司研制的FEEP电推进完成超精确无拖曳控制任务。
2.5 其它应用和飞行试验
2000年11月美国发射地球观测卫星1号（EO-1）成功应用了PPT电推进完成精确姿态控制 任务。2002年9月在日本数据中继试验卫星（DRTS）上飞行应用了直流电弧电推进进行位置保 持。2007年3月发射的空军协会小卫星FalconSat-3应用了Busek公司研制的微PPT电推进进行 姿态控制。
2006年12月发射的TacSat-2和2010年11月发射的FalconSat-5小卫星上成功应用BHT-200 霍尔电推进系统完成轨道维持任务。2010年4月发射的印度空间研究机构（IRSO）通信卫星 GSAT-4应用了自研和引进组成的霍尔电推进系统进行南北位保。2012年中国在实践9号卫星上 成功进行了LIPS-200离子电推进系统和HET-40霍尔电推进系统飞行试验。
DubaiSat-2将采用韩国7 mN霍尔推力器和日本微波中和器组合进行飞行试验。俄罗斯轨道 高度510km的观测双星将采用SPT-50电推进系统。2016年中国将在XY-2卫星上进行LHT-100和
1.4千瓦磁聚焦霍尔电推进飞行试验。
2.6 电推进应用总结
（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。
3  新产品研制

3.1 离子电推进
高功率（≥10kW）离子电推进方面，由JPL研制的NEXIS离子推力器最高性能达到：功率
27kW、比冲8700s、推力517 mN、效率81%，由GRC研制的矩型放电室HiPEP离子推力器性能达 到：功率10～40kW，比冲5970～9600s、推力240～670mN、效率72%～80%，德国和俄罗斯联合 研制的RIT-45射频离子推力器的目标性能为：功率35kW、比冲7000s、推力760mN。
中等功率（1～10kW）离子电推进方面，GRC研制的NEXT离子推力器性能为:功率500～
6900W、推力26～236mN、比冲1320～4190s，2005年开始推力器工程样机的寿命试验，截止2013
年底已经达到50000h。德国研制的RIT-22射频离子推力器性能为：功率3.2～6.1kW、推力100～
200mN、比冲5230～4400s。中国兰州空间技术物理研究所研制的LIPS-300离子推力器性能为:
功率4.6 kW、推力175 mN、比冲3500s。 低功率（0.1～1kW）离子电推进方面，L3通信公司研制的XIPS-8离子推力器性能为：功
率100～350W、推力2～14mN。日本研制的μ-20微波离子电推进性能为：推力30mN、比冲3000s， 已经完成了10000h寿命评价试验。Busek公司研制的BFRIT-7射频离子推力器的性能为：功率
400W、推力11mN、比冲3850s。兰州空间技术物理研究所研制的LIPS-100离子推力器性能为:
功率50～470W、推力1～15mN、比冲500～3000s。 微小功率（≤0.1kW）离子电推进方面，德国吉森大学为ESA下一代重力使命研制的RIT-2.5
的推力范围50μN～1mN。Busek公司研制的BFRIT-1射频离子推力器的性能为：功率10W、推力
6μN、比冲1800s。宾夕法尼亚大学研制MRIT-1射频离子推力器的性能为：推力59.0μN 、比

冲5480 s、推功比300 W/mN。日本研制的μ-1小微波离子推力器性能为:单极工作功率19.9W、 推力379μN、比冲1410s,双极工作功率15.1W、推力297μN、比冲1100s。
3.2 霍尔电推进
GRC研制的高压霍尔加速器（HiVHAc）的目标为高比冲（≥2700s）和长寿命（≥15000h）。 NASA-300M 在2011年的验证性能为：氙气推力1.13 N、氪气推力0.9 N。NASA-457原理样机最 高性能达到72 kW、2.9 N,最新改进型NASA-457Mv2的性能为：功率26.3kW、推力1.17N、比冲
2350s、效率55%。AMPAC-ISP公司研制了T系列霍尔推力器，其中T-40的性能为功率0.1～0.4kW、 比冲1000～1600s、推力5～20mN，T-140的性能为功率2～4.5kW、比冲1500～2000s、推力160～
300mN，T-220的性能为功率8～20kW、比冲1500～2500s、推力500～1000mN，T-220HT的性能 为功率2～22kW、比冲1500～2600s、推力100～1100mN。
俄罗斯的新一代推力器SPT-100M通过改进磁场设计，在标准工作条件下的性能达到：推力
88～91mN、比冲1680～1710s,比SPT-100B提高6～8%，束流发散角减小到60°，预估寿命
10000 ～14000 h。俄罗斯SPT-290的额定工作性能为：功率30kW、推力1.5N、比冲3300s、寿 命27 000 h。俄罗斯针对FOBOS航天器使命进行了SPT-140鉴定，在5000h寿命上验证的性能为： 功率2～6.5kW、推力150～350mN、比冲1700～2400s、效率52～61%。美国VHITAL-160的铋性 能为：功率25～36kW、推力527～618mN、比冲5375～7667s、效率40%～70%。
法国Snecma公司2007年完成了针对通信卫星应用的PPS-1350推力器10530h、7000次开关寿 命试验，研制的PPS-5000试验样机性能为：功率5kW、推力325mN、比冲2300s。近2年又在欧 洲高功率电推进计划中研制PPS-20K，在22.4kW下的验证结果为试验样机：推力1050mN、比冲
2700s、效率60%。意大利Alta正在研制的HT-30k霍尔推力器的性能为：功率30kW、比冲2500 s、 推力1.55N。
高效多级等离子推力器（HEMPT）概念由Thales Electron Devices公司提出，2005年开始 HEMP-3050和HEMP-30250两种规格的产品研制，额定推力分别为50mN和250mN，其中HEMP-3050 的产品成熟度更高，已经进入针对小GEO卫星应用的推力器产品鉴定程序：2011年完成了
44mN 、1380W条件下工程样机的4000h试验。 兰州空间技术物理研究所研制的LHT系列霍尔推力器性能范围为:功率0.2～6.0kW、推力
10～300mN、比冲1200～2000s。
3.3 其他类型电推进
可变比冲磁等离子推力器（VASIMR）经过AD ASTRA火箭公司近四十年的技术发展，先后 研制了VX-10、VX-50、VX-100、VX-200等推力器实验样机，其中最新VX-200在200kW功率下验 证的性能为推力5.8 N、比冲4900s、效率70%。目前正在研制VX-200的飞行样机VF-200，计划 在国际空间站飞行试验并提供航天器轨道维持。
意大利研制的AF-MPDT在120mg/s氩气流率下试验性能为：功率170kW、推力3.5N、比冲
3000s、效率28%。德国斯图加特空间系统研究所持续进行SF-MPDT和AF-MPDT技术研究：其中 ZT-3推力器在350kW下氩气推力25N、效率10%，DT-6在550 kW下氩气推力27N、效率27%。美国 普林斯顿大学的AF-MPD推力器性能为：功率245kW、比冲6200s、效率60%。意大利Alta公司的 脉冲准稳态MPD推力器性能为：功率100kW、推力2.5N、比冲2500s。
奥地利为LISA PF研制的In-FEEP电推进完成了3650h试验，累计冲量达到586Ns。意大利 为LISA PF研制的Cs-FEEP推力器性能为：推力0.3～200μN,分辨 0.1μN，完成了3228h试验， 累计冲量950Ns。
英国为Cubesat卫星研制的特富纶PPT测试结果为:1.7J下脉冲量34μNs、比冲600s。俄罗 斯研制的PPT能量范围20～150J、效率15～40%,其中为航天器轨道控制研制大推力APPT-95达 到：冲量45kNs 、效率25%。斯图加特大学为月球BW1使命研制聚四氟乙烯SIMP–LEX推力器的 能量40～70J。日本为PROITERES卫星研制电热型PPT飞行样机验证的总冲量能达到5.0 Ns，高

功率PPT研制方面取得进展：验证了连续468000次工作、冲量266Ns、比冲490s、能量75J。
3.4 新产品研制总结
（1）型谱化电推进产品正在形成。一些主要的型谱产品包括美国L-3公司的XIPS离子系 列、Busek公司的BHT霍尔系列、AMPAC-ISP公司的T霍尔系列、日本的μ微波系列、英国T离子 系列、德国RIT射频系列、俄罗斯的SPT霍尔系列、中国的LIPS离子系列和LHT霍尔系列等；
（2）为满足轨道转移和深空探测等未来应用需求，电推进产品正在向高功率方向发展。 除了传统的数百千瓦高功率MPD电推进外，美国HiPEP离子推力器功率为34kW、德国RIT-45射 频推力器预期功率35 kW、GRC NASA-457霍尔推力器功率73kW、美国火箭公司的VASIMR类型电 推进VX-200功率达到200kW。
（3）在微小功率电推进方面，除了FEEP、PPT等传统推力器外，基于最成熟离子和霍尔 类型技术的小功率产品研制取得重要进展，如德国RIT-2.5、Busek公司BFRIT-1、日本μ-1 等的功率只有数十瓦, 完全有可能取代FEEP实现工程应用。
（4）离子和霍尔推力器长寿命验证取得新突破。XIPS-13和NSTAR-30寿命验证达到
30000h，NEXT推力器的寿命验证已经超过48000h（还在继续），PPS-1350G推力器的寿命验证 达到10000h，BPT-4000的寿命验证预计超过20000h，LEEP-150完成了3000h试验。
4  新技术发展

4.1 传统技术新发展
美国Michigan大学和空军研究实验室研制了功率10 kW的同轴双通道霍尔推力器NHT-X2， 效率可达到60%。为进一步提高功率到100kW，正在研制三通道霍尔推力器NHT-X3[9],功率范围
30～240kW、比冲1400～3200s。欧洲在高功率电推进计划（HiPER）中提出了双级可变比冲离 子推力器方案，正研制的双级四栅极(DS4G)超高比冲离子电推进的目标性能为[10]：功率20 kW、 比冲10000 s、推力0.45 N。美国米西根大学和GRC开发研制了环型离子电推进[11]，相对传统 离子推力器可以提高功率水平10倍、功率密度2～3倍，已经进行了样机试验验证。
在空军支持下美国EDA公司开发研制螺旋波霍尔推力器(HHT)[12]。螺旋波双层推力器为无 电极射频功率驱动的推进装置,澳大利亚国立大学研制了电磁铁和永久磁铁螺旋波双层推力 器原理样机[13]。针对小功率应用提出了具有更高体积表面比的圆柱霍尔推力器(CHT)，日本 研制的100W CHT在66W下的性能为[14]：推力3.5mN、比冲1570s、效率18.1%，相对SPT震荡要 小。为提高低功率霍尔推力器的效率和工作寿命，以色列提出了同轴磁隔离阳极霍尔推力器
（CAMILA-HT）概念，2011年验证的CAMILA-HT-55推力器性能达到[15]：功率154～295W、推力
9.6～17.8mN、比冲1400～1870s、效率43%～55%。 四极约束推力器采用创新的磁场拓扑，在原理样机上用氪验证的性能为[16]：功率100W、
推力2.1mN、比冲700s，调节磁场控制推力方向达到14。英国研制了小型差分栅极离子推力 器（MiDGIT）原理样机，测试性能为[17]：950V 栅电压下推力480μN ，1300V下推力780μN。 Michigan大学正在开展纳米粒子场引出推力器（NanoFET）技术研究[18]，通过带电和加速微、 纳米粒子而获得推力。英国研制的空心阴极推力器在53W功率下的氙气性能为推力1.6mN、比 冲85s，正在计划在TechDemoSat-1卫星上进行飞行试验[19]。
4.2 创新技术发展
法国在研制PEGASES推力器，它同时加速等离子体中的正离子和负离子，能够降低等离子 体与航天器相互作用[20]。普林斯顿大学正在研究敲击静电波（BEW）直接加速离子推力器技 术研究[21]。其他新类型还包括：气体动力镜推力器[22]、真空弧推力器[23]、电动拖船[24]、吸 气电磁推进[25]、螺旋波源无电极MPD[26]、双极PPT[27]、无电极等离子体[28]、脉冲感应推力器
（PIT）[29]等。
2010年欧洲法国和德国进行了PPS-1350和RIT-10推力器的大气推进剂试验,包括氧气、氮

气、混合气体等[30]。Michigan技术大学在BPT-2000推力器上进行了镁和锌轻金属推进剂性能 试验[31]。Busek表征了碘推进剂霍尔推力器性能，在9kW范围的性能超过氙推进剂。JPL和俄 罗斯在甚高比冲阳极层双级VHITAL-160推力器上验证了铋推进剂性能[32]，在25～36kW功率范 围比冲达到6000～8000 s。
4.3 新技术发展总结
（1）电推进新技术不断扩展，包括离子和霍尔变异类型及混合类型、非传统类电推进新 类型、不同推进剂类型等。
（2）磁屏效应为霍尔推力器的长寿命问题解决带来希望。在BPT-4000推力器10400h寿命 试验中，发现推力器陶瓷腔在5600～10400h之间几乎为零腐蚀。为了从根源上搞清楚，JPL 支持下发展了Hall2De程序模拟推力器工作过程，并由此发现了导致腐蚀降低的磁屏效应[33]。
（3）环型离子推力器和DS4G多级离子推力器成为离子推力器实现高功率的主要技术途 径，多通道霍尔推力器成为霍尔推力器实现高功率的主要技术途径。
（4）非传统类型VASIMR正在成为未来大功率电推进的主要候选者。它具有比冲可调节、 无电极设计、多种推进剂选择、中性等离子输出、相对高效率、辐射屏蔽等优点，同时具有 系统复杂尺寸大和磁场强电磁干扰大的明显缺点[34]。
5  我国电推进展望

5.1 目前发展及应用
目前国内从事电推进技术研究和产品研制的主要单位包括：五院五一〇所、六院八〇一 所、五院五〇二所、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、西北工业大学等。
五一〇所离子类型电推进产品包括：1.0kW单模式LIPS-200、1.5kW双模式LIPS-200+、
5.0kW多模式LIPS-300、10kW多模式LIPS-400等。霍尔类型电推进产品包括：0.3kW LHT-30、
0.7kW LHT-70、1.3kW双模式LHT-60D、1.35kW LHT-100、4.5kW双模式LHT-140等。其中的 LIPS-200系统成功完成了SJ-9A飞行试验，2016年将应用于DFH-3B平台通信卫星完成15年南北 位保任务，LHT-100系统将在2015年开展XY-2卫星空间飞行试验，LIPS-300系统计划应用于 DFH-5平台卫星的位置保持和部分轨道转移任务。八〇一所研制的系列霍尔电推进产品包括：
0.4kW HET-20、0.7kW HET-40、1kW HET-50、1.35kW HET-80、4.5kW双模式HET-300等。其中 的HET-40系统成功完成了SJ-9A飞行试验，HET-80系统计划2018年后应用于空间站轨道维持任 务。五〇二所正在与哈尔滨工业大学联合开发1.4kW单模式和5kW双模式磁聚焦（ATON）产品， 其中1.4kW系统将在2015年开展XY-2卫星空间飞行试验。其他单位主要开展了相关电推进技术 研究，北京航空航天大学为电弧和磁等离子体（MPD）技术，西北工业大学为微波放电（ECR） 技术，国防科学技术大学为脉冲等离子体（PPT）技术，上海交通大学为场发射（FEEP）技术 等。
国内的电推进技术与国外相比还存在不少差距，主要体现为：（1）从电推进的应用情况 看，国外技术发达国家从上世纪60年代开始飞行试验、90年代开始大量应用，应用领域目前 已覆盖位置保持、姿态控制、无拖曳控制、轨道转移等。航天器数量累计达到200以上。国内
2012年实现电推进首次飞行试验，型号应用的研究正在进行中。（2）国外电推进技术成熟度 已经达到9级，国内最成熟的电推进产品只达到5～7级。国外推力器寿命验证已经达到50000 小时，国内推力器寿命验证目前只达到4500小时（目标12000小时，试验仍在继续）。（3）国 外电推进已覆盖类型、功率、模式、比冲的全范围，国内电推进仅覆盖离子和霍尔类型、小 功率和中功率、中等比冲、单模式和双模式等范围，其他范围的电推进还处于方案论证阶段， 超大功率和超高比冲甚至还没有涉及。
5.2 未来发展及应用需求
我国航天发展对电推进应用的主要需求领域包括GEO卫星位置保持和轨道转移、机器人和

载人深空探测主推进、LEO卫星无拖曳控制和轨道维持、地球轨道超大型航天器、微小卫星姿 轨控等方面。
（1）GEO卫星位置保持和轨道转移应用需求 我国已经明确应用电推进的GEO公用平台包括：DFH-3B的南北位保、DFH-4E和SAST5000
的全位保、DFH-5和SAST9000的全位保和部分轨道转移、DFH-4SP的全位保和全部轨道转移。 GEO卫星平台应用电推进可以使平台实现高有效载荷比、高精度、高分辨率、高稳定度和长寿 命。其中，位置保持任务需要1～3kW单模式中比冲电推进，目前技术成熟度最好的离子和霍 尔电推进均可满足需求；轨道转移任务需要5～10kW单模式中比冲电推进，位置保持和轨道转 移一体化任务需要1～10kW双模式中/高比冲电推进，需要新研制双模式电推进产品满足任务 需求，考虑到节省推进剂效益和双（多）模式，离子电推进更具优势，在功率限制条件下特 别需要大推力时可选用霍尔电推进。
（2）机器人深空探测和载人深空探测主推进应用需求 现有技术条件支撑下，要完成近地小行星、主带小行星、太阳系内行星等的环绕、着陆、
采样返回等探测，采用电推进作为主推进的机器人探测航天器是最经济可行的，预计我国机 器人深空探测电推进应用大约在5年后开始，在未来很长时间上不断增长。机器人深空探测航 天器主推进任务对电推进技术要求主要体现在多模式、高比冲和长寿命方面，多模式是太阳 能电源随距离变化的需求，高比冲是节省推进剂的需求，长寿命是探测目标遥远的需求。任 务分析表明，机器人深空探测任务对多模式电推进的需求为：功率范围1～10kW、比冲范围
3000s～5000s、工作寿命15000～40000h，目前技术成熟度好的离子电推进只能满足1～2kW
中功率应用需求，需要研制5～10kW中功率、高比冲电推进新产品。 从更长远看，登月、近地小行星、火星等载人深空探测也是重要的发展方向，载人深空
探测任务需要应用超大功率、超高比冲的核电推进技术才能完成任务，因此需要发展基于MPD
和VASIMR类型的电推进技术。
（3）LEO卫星无拖曳控制和轨道维持等应用需求
LEO卫星将在未来10年有较大的快速发展，对电推进的应用需求包括：①以相对冷气或化 学推进的高比冲优势，大幅降低推进系统总重量，完成长寿命卫星的阻尼补偿、轨道升降、 位置保持和机动、姿态控制、编队飞行、发射误差修正等任务；②提供姿态调节与控制、位 置保持等需要的精确冲量；③支撑较宽范围推力可快速调节的应用需求，如无拖曳控制、精 确编队飞行等。
任务分析表明，LEO小卫星轨道维持和轨道转移任务对电推进的需求主要在小功率、中比 冲范围，必要时还可以进一步降低到低比冲范围，小功率单模式离子和霍尔电推进即可满足 需求；LEO大型航天器（如空间站）轨道维持对电推进的需求主要在中功率、中比冲范围，现 有中功率单模式离子和霍尔电推进即可满足需求；LEO小卫星无拖曳控制任务不仅需要电推进 具有连续可调工作模式，且最小推力分辨也有要求，需要开发研制推力连续可调的离子电推 进新产品。
（4）地球轨道超大型航天器应用需求 空间太阳能电站、可重复使用轨道转移运载器、深空探测月球轨道基地、电推进上面级
等航天任务需要大功率电推进。基于成熟技术研发大功率电推进产品是切实可行的技术路线， 包括多环离子电推进、多通道霍尔电推进、离子和霍尔混合电推进等。
（5）微小卫星姿轨控应用需求 微小卫星（包括小、微、纳、皮等卫星）在未来10年内将呈现快速发展势头，未来我国
微小卫星对微小功率电推进的应用需求包括：①以相对冷气或化学推进的高比冲优势，大幅 降低推进系统总重量，完成长寿命微小卫星的阻尼补偿、轨道升降、位置保持和机动、姿态 控制、编队飞行、发射误差修正等任务；②提供姿态调节与控制、位置保持等需要的精确冲

量；③较宽范围推力可快速调节的应用需求，如无拖曳控制、精确编队飞行等。 参考文献
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