转帖 电火箭
y01232015/01/05喷气推进 IP:江西
由中国航天科技集团公司五院510所自主研制的中国首台200毫米离子电推进系统2日取得重要成果:电推进系统在试验中已突破6000小时,开关机3000次,具备确保该卫星在轨可靠运行15年的能力。这意味着我国的电推进系统进入实用阶段,由科研正式转化为航天器型号产品,性能已达到国际先进水平,满足我国通信卫星系列平台、高轨遥感平台、低轨星座以及深空探测器的发展需求。

510所所长、电推进系统项目总指挥张伟文告诉记者,2013年12月25日,510所正式启动电推进系统地面长寿命考核试验,这是决定我国电推进系统正式应用于卫星型号的最重要试验。
张伟文介绍,如同汽车的核心是发动机一样,推进系统是航天器的核心。与航天器用化学燃料排出炽热气体的推进方式相比,电推进技术则采用喷出带电粒子或离子的新方式,有大幅减少推进剂燃料、定位更精准、推进速度增量更高等优势,应用于通信卫星平台、深空探测航天器、重力场测量卫星等空间技术。
张伟文说,电推进系统能大幅减少卫星和探测器上的燃料携带量,节省下的空间可携带更多有效载荷,实现经济利益最大化。以我国东方红四号通信卫星平台 为例,该卫星上装有两个1400升的化学燃料贮箱;若采用电推进系统整星可节省80%的燃料。同时卫星将得到“瘦身”,一颗重量大约为4.8吨的通信卫星 重量将减少到1.9吨。“当人类开展深空探测需要向更加遥远的火星、小行星、银河系边缘时,不可能携带大量燃料,电推进系统就是必然选择。”
510所电推进技术研究室主任张天平说,电推进系统定位更精准。化学燃料的推力非常大,但到了外太空后,卫星处于微重力环境,需要微小推力,而推力较小的电推进系统就能满足精准定位与控制的要求。

预计2015年底,搭载着上述电推进系统的我国新型通信卫星将待命出发
1974年,地处西北兰州的五院510所在国内率先开始离子电推进系统研究,和美苏等欧洲国家“同时起步”,然而因为研究成果已超越了中国当时航天工程的现实需要,这项研究从1987年之后处于停止状态长达10年左右。直到20世纪90年代,中国开始发展大容量卫星平台,该所的电推进系统研究进入了“追赶时代”。2013年12月25日开始,510所启动电推进系统在地面开展模拟外太空工作的1:1寿命与可靠性试验,截至2014年1月2日成功完成试验。
张伟文等科研人员透露,预计2015年底,搭载着上述电推进系统的我国新型通信卫星将待命出发。以此为起点,510所研制的电推进系统将在我国航天器上全面应用,这将大大提升我国通信卫星系列平台、深空探测航天器、重力场测量卫星等的整体技术水平及性能,进一步增强我国商业卫星的国际市场竞争力。

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[修改于 10年1个月前 - 2015/01/05 13:37:23]

来自:航空航天 / 喷气推进
18
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~~空空如也
拔刀斋
10年1个月前 IP:广东
738835
珠海航展上展出了好几台,要正式装备DFH3、4系列通信卫星了。
上文配图有误,第一台是电推,第二台试车的不是。
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hchc0834
10年1个月前 IP:四川
738840
电推力 有很大的比冲..但是推力微小..这是现在无法解决的问题..
现在有些国家在研究使用水..加热成水蒸汽.然后等离子电弧加热水蒸汽..使水蒸汽达到2500度以上的温度,,
这样的体积压力下推力就比较大..然后在使进一步或者直接使高温水蒸汽进一步变成等离子态..
然后附加电子.,在通过高频电场加速..
理论上很成功.公布出来的数学模型也很成功.但是现在没的国家能造出来..或者说不能稳定运行..
现在最高纪录也就是运行了10个小时..高温室内壁就会完全腐蚀..就是用陶瓷也不行.,
如果突破材料技术.按照现在电池储能..飞机..火箭.飞船等等的就应该大量出现了..
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拔刀斋
10年1个月前 IP:广东
738848
引用 hchc0834:
电推力 有很大的比冲..但是推力微小..这是现在无法解决的问题..
现在有些国家在研究使用水..加热成水蒸汽.然后等离子电弧加热水蒸汽..使水蒸汽达到2500度以上的温度,,
这样的体积压力下推力就比较大..然后在使进一步或者直接使高温水蒸...

推力做不大的瓶颈在星上太阳能电池功率有限(电池储能与这个问题无关),毕竟化学火箭发动机的等效功率堪称天文数字。

高频加热等离子体只是各类方案当中最先进最麻烦的一种,现在各类电推实用型号已经有好多了,美苏从60年代开始用。
只要允许长期缓慢加速的应用,电推的总冲比同等质量的化学火箭高得多。
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拔刀斋
10年1个月前 IP:广东
738854
引用 hchc0834:
电推力 有很大的比冲..但是推力微小..这是现在无法解决的问题..
现在有些国家在研究使用水..加热成水蒸汽.然后等离子电弧加热水蒸汽..使水蒸汽达到2500度以上的温度,,
这样的体积压力下推力就比较大..然后在使进一步或者直接使高温水蒸...
电推、核推类型大全(Q版)
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/public_html/rocket/XXXXXXXXXXXXXp
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潜伏
10年1个月前 IP:浙江
738872
电推进力小,优点比冲大
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光谱
10年1个月前 IP:湖南
738928
然后就想起来了艾萨克·克拉克。。。
好像是2010太空漫游?
提到电火箭最适合的工质是液氢,但液氢会在储存中蒸发。。。其次是氨,水也勉强能用。。。。。
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猎鹰
10年1个月前 IP:四川
738936
引用 hchc0834:
电推力 有很大的比冲..但是推力微小..这是现在无法解决的问题..
现在有些国家在研究使用水..加热成水蒸汽.然后等离子电弧加热水蒸汽..使水蒸汽达到2500度以上的温度,,
这样的体积压力下推力就比较大..然后在使进一步或者直接使高温水蒸...
绝不可能只用水做作为工质,而且温度仅仅2500摄氏度。
这是液氢液氧推进剂的数据,分子量14低于水的18,温度3500K,高于2800K。 屏幕快照 2015-01-05 下午10.46.02.png
那么比冲才280s,远低于液氧液氢的450s。既然这样有必要用电推吗?
这时有人会说,液氢无法保存,但是现在的常规推进剂也能超过这个数据。
屏幕快照 2015-01-05 下午11.11.01.png


所以我对使用水作为工质表示怀疑。
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miles
10年1个月前 IP:北京
738939
我觉得还是核动力靠谱
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猎鹰
10年1个月前 IP:四川
738941
引用 yuhang:
我觉得还是核动力靠谱
核动力再大的问题是发射阶段,之前就出现过远距离探测器发射失败,然后核电池坠入大气造成污染,而核火箭的核燃料远大于电池。
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虎哥
10年1个月前 IP:四川
738946
引用 猎鹰:
绝不可能只用水做作为工质,而且温度仅仅2500摄氏度。
这是液氢液氧推进剂的数据,分子量14低于水的18,温度3500K,高于2800K。
那么比冲才280s,远低于液氧液氢的450s。既然这样有必要用电推吗?
这时有人会说,液氢...
电推不是靠燃气膨胀来获得喷气速度的,不能套液体火箭发动机的公式。
想象一个例子:放出一点点工质来,微波使之电离,用轨道炮加速到10公里每秒的速度喷出去。那么可以算算,用分子量很小的氢气和分子量很大的氡气作为工质,比冲差多少。
恐怕主要应该考虑这些工质的环境适应性以及等离子化的难度。目前小规模电推的成熟技术是用氟塑料作为工质,一次气化一点点来用。国内西工大也有做过微波等离子体推进的实验,科创仪表局有人做过微波驱动氦气的,很轻松(当然理论要过关,腔体中的场强要达得到),但氦气难以在轨保存。我估计,已经有人早就做了理论预测并对无数种可能的工质进行了筛选,就像当年筛选液机组合一样热闹。
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猎鹰
10年1个月前 IP:四川
738949
引用 虎哥:
电推不是靠燃气膨胀来获得喷气速度的,不能套液体火箭发动机的公式。
想象一个例子:放出一点点工质来,微波使之电离,用轨道炮加速到10公里每秒的速度喷出去。那么可以算算,用分子量很小的氢气和分子量很大的氡气作为工质,比冲差多少。
恐怕主要应...
其中有一种叫电热式,跟核火箭几乎一样,不过使用了电力完成加热,温度可以更高,但是功率都不大。
屏幕快照 2015-01-06 上午12.27.23.png



最开始我也只注意上面的那段,后来才看到了电阻式比冲也不高,也就只有300s左右,看来用水或许真的可行。
屏幕快照 2015-01-06 上午12.16.09.png 屏幕快照 2015-01-06 上午12.16.39.png
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虎哥
10年1个月前 IP:四川
738951
用水作为工质不是一个太明智的选择,首先是水会结冰,在太空中这是很麻烦的(但是不排除某些含水的溶液的可行性)。另外,要让水等离子化,势必存在很高的温度,水等离子体具有强氧化性,这些都会严重影响推进器的寿命。况且水等离子体高焓,能源浪费势必很大。但是事无绝对,像载人空间站这种水比较多的场合,电阻加热水推力器仍然得到了广泛应用。

电推的比冲动辄上万,几百的方案除非是极为适合某种特殊场合,否则不予考虑。

的确曾今有大量的电热方案,比冲最高1000左右,现在看来意义不大。主流的电推进技术一定是直接加速工质,加热只是为了创造某些环境条件,或者为了达到某些条件而不得不产生的副作用,并且要尽量避免,以提高效率。对于长途飞行,比冲的目标是十万以上。

几乎所有可能的方案历史上都被研究过了。

我还是建议,要玩就玩高大上的。
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hchc0834
10年1个月前 IP:四川
738965
引用 拔刀斋:
电推、核推类型大全(Q版)
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/public_html/rocket/XXXXXXXXXXXXXp
我说的是现在正在研究的一个方向..
你说的现在用的这些技术..都有1个致命的问题..推力很低..不能用作起飞推进..
而我所说的..虽然还在研究当中..但是这个就是作为起飞推进来使用..
各个国家都在研究..毕竟燃料是水..只要克服一些技术难点..以及材料问题..实现起来就非常容易..
至少比啥子核推进..等等奇葩的推进技术实用..还有个关键点问题..现在都清楚超高频磁流体有一定的反重力作用虽然比例比较低..但是做成矩阵..很容易实现减轻自身70%左右的重力..
加上上面推进技术..就很容易实现飞机或者是飞船非常高的速度..携带量也非常巨大..
但是...瓶颈就是电力..这些东西说到底还是能源的问题..
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wangrui555
10年1个月前 IP:浙江
738976
玩这个好多年了,关键是功率质l量比(W/KG)比和推进效率(N/W)。
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拔刀斋
10年1个月前 IP:广东
739029
引用 虎哥:
电推不是靠燃气膨胀来获得喷气速度的,不能套液体火箭发动机的公式。
想象一个例子:放出一点点工质来,微波使之电离,用轨道炮加速到10公里每秒的速度喷出去。那么可以算算,用分子量很小的氢气和分子量很大的氡气作为工质,比冲差多少。
恐怕主要应...

大中型电推一般是静电或者霍尔推进器(比冲3000、效率50%),推进剂用氙气,最干净不污染卫星而且密度不太低。
微小型电推一般是简单的脉冲放电类推进器(比冲1000、效率10%),推进剂用固体氟塑料或者金属,不需要储箱阀门而且密度更高。

VASIMR之类比冲上万的方案也用气体推进剂,目前还不成熟并且比冲越高推力越小或耗电量越大。

有人针对微型(脉冲式)真空电弧推进器从理论和实验上筛选过金属种类。
这东西结构跟烧氟塑料的脉冲等离子体推进器类似,原理比较奇怪,同时利用了电弧等离子体阴极区微观范围的热效应和电磁效应。
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/images/mpnl/publications/conferences/SmallSat-Paper-SSC13-VII-9_FINAL.pdf
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/eab1/manual/Magazine/A/AIAA%20Journal%20of%20Propulsion%20and%20Power%20US/2010/4/Determining%20Vacuum-Arc%20Thruster%20Performance%20Using%20a%20Cathode-Spot%20Model.pdf
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强力狙击手
10年0个月前 IP:北京
741412
路人甲
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smith
10年0个月前 IP:广东
741855
珠海航展上面展出过,学名叫霍尔效应推进器,我还拍了几张的
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