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氙氣在航天太空中的應(yīng)用

文章出處:責(zé)任編輯:人氣:-發(fā)表時間:2016-02-22 11:26:00【

 

  中國航天科技集團成功繪制出了國內(nèi)首張氣物理特性圖譜,獲得了氙氣在不同狀態(tài)下溫度、壓力、密度的變化規(guī)律。至此,我國首次掌握了氙氣物理特性全面詳實的一手資料,為氙氣在電推進系統(tǒng)中的應(yīng)用提供有力支撐。

 

  高純氙氣是衛(wèi)星電推進系統(tǒng)最常用的工質(zhì),其物理特性非常特殊,在電推進系統(tǒng)在軌工作和地面試驗過程中,隨著存儲壓力和溫度的變化,氙氣會表現(xiàn)為氣態(tài)、液態(tài)、飽和態(tài)和超臨界態(tài)等四種狀態(tài)。

 

  在電推進系統(tǒng)工程應(yīng)用中,需要保證提供給推力器的氙氣必須是氣態(tài);而在加注過程中氙氣存在多種形態(tài),須合理控制氙各種形態(tài)之間的轉(zhuǎn)換;與此同時,在氙氣加注后,需要采取相應(yīng)的措施保證系統(tǒng)中氙氣的壓力和溫度在安全范圍內(nèi),確保衛(wèi)星的安全。而氙氣物理性質(zhì)的特殊性給氙的狀態(tài)控制以及衛(wèi)星的安全保障等工作帶來了很大的困難。

 

  電推進應(yīng)用:

 

  (1)目前已經(jīng)應(yīng)用的電推進類型包括肼電熱、肼電弧、氙離子、氙霍爾、PPT等,列入應(yīng)用計劃的還包括場發(fā)射、膠體等,其中直流放電型離子和SPT霍爾是目前應(yīng)用最多的主流產(chǎn)品,已經(jīng)出現(xiàn)肼電熱推力器被淘汰,肼電弧推力器被更高性能的離子推力器和霍爾推力器逐漸取代的發(fā)展趨勢。

 

  (2)已經(jīng)應(yīng)用電推進的國家包括美國、俄羅斯、歐洲、日本、印度等,中國、韓國、以色列等國家正在制定或?qū)嵤╇娡七M應(yīng)用計劃。

 

  (3)電推進的主用應(yīng)用包括GEO位置保持、深空探測主推進、無拖曳控制、姿態(tài)控制、軌道轉(zhuǎn)移等方面,其中GEO軌道位置保持為主導(dǎo)性應(yīng)用,深空探測主推進為快速擴展性應(yīng)用。

 

  (4)應(yīng)用電推進的航天器數(shù)量在快速增長,當前在軌運行的應(yīng)用電推進的航天器大約100個,離子電推進累計工作時間接近200000h,霍爾電推進累計工作時間接近100000h。

 

  當前,我國研制應(yīng)用的全電推進系統(tǒng)已達到國際先進水平,并將全面邁入工程應(yīng)用階段,滿足通信衛(wèi)星系列平臺、高軌遙感平臺和深空探測器等發(fā)展需求。同時我國已完成全電推進衛(wèi)星平臺方案的詳細設(shè)計。

 

氙

 

  全電推進技術(shù)是采用電推進系統(tǒng)取代化學(xué)推進系統(tǒng)作為航天動力的新型航天器設(shè)計技術(shù)。由于其具有高比沖的優(yōu)勢,可以將航天器的有效質(zhì)量提高到90%左右,衛(wèi)星發(fā)射重量大為減輕,同時降低對運載火箭的承載能力要求。

 

  全電推進技術(shù)可以使人類以更低的成本進入太空領(lǐng)域,必將深度改變通信衛(wèi)星的面貌,甚至直接影響高軌道運載火箭市場;同時可以用更少的代價實現(xiàn)超遠深空探測、多目標探測、取樣返回等具有大速度增量要求的空間探測任務(wù)。

 

  采用全電推技術(shù)后,首先可使衛(wèi)星發(fā)射重量大幅降低,從目前主流的5至7噸降低到2至4噸,讓通信衛(wèi)星用更小、更便宜的火箭發(fā)射,減少用戶的項目投入。

 

  其次,全電推技術(shù)可大大延長通信衛(wèi)星的壽命。周志成說,采用全電推技術(shù)后,燃料攜帶量將不再成為衛(wèi)星壽命的約束,通信衛(wèi)星的設(shè)計壽命將普遍突破目前15年的上限,達到18至20年。

 

  全電推衛(wèi)星對空間電源的發(fā)電要求大為提高,進入同步軌道后,多余的電能可以提供給通信載荷,讓通信能力更加強大,連接的用戶數(shù)目也將更多。此外借助衛(wèi)星的自主監(jiān)測、管理,可使衛(wèi)星的長期運行管理更智能,地面操作更簡便,提升衛(wèi)星運行的安全、可靠性。

 

  中國航天科技集團502所科研人員自主研制了氙氣物理特性試驗系統(tǒng),根據(jù)電推進系統(tǒng)工況要求設(shè)計了試驗方案,開展了氙氣物理特性測量試驗。試驗覆蓋了-70~100℃的溫度范圍、0.2~2kg/l的密度范圍,0~15MPa的壓力范圍,共選取了約20萬個測量點,能滿足電推進系統(tǒng)空間應(yīng)用的所有工況要求。

 

  此外,氙氣在汽車行業(yè)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、原子核反應(yīng)堆和高能物理等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,此次氙氣物理特性的部分研究成果也可用于上述領(lǐng)域,氙氣什么價格?氙氣購買首選選紐瑞德。

 
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