电推进技术现状(转)
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电力行业的现状和发展趋势研究电力行业是国民经济发展中十分重要的支柱产业之一,其供应的能源是现代产业生产和人民生活必不可少的基础性资源。
当前,随着新一代信息技术和工业化的迅猛发展,促进了现代社会对电力资源的巨大需求。
本文将探讨电力行业的现状及发展趋势,从而为进一步推动电力行业的健康发展提供有益的参考。
1. 电力行业现状电力行业的产业链分为电力发电、电网及配电、用电三个环节。
其中,电力发电是电力行业不可缺少的环节,它是将各种能源转化为电能的过程,包括火力发电、水力发电、核能发电和可再生能源发电等形式。
此外,电网及配电是将电能从发电厂输送到居民和企业的环节,包括输电、变电、配电等环节;用电则是指居民、企业和各种设备使用电能的环节。
这三个环节构成了电力行业的产业链。
目前,我国电力行业的规模不断扩大,不仅满足了国内的用电需求,而且还向国际市场输出了大量的电力产品和服务。
2019年,我国电力并网容量达到了1.97亿千瓦,电力供应能力不断增强。
同时,新能源发电也得到了迅速发展,太阳能和风能发电装机容量在近年来不断提高,取得了显著的成果。
此外,电力行业的技术水平也在不断提高,大力推进数字化转型,通过物联网、云计算等新技术和新模式实现了电网调度、限电、应急处置和安全管理等方面的提升。
2. 电力行业发展趋势(1)多元化发电模式目前,我国的电力发电仍以煤炭等传统能源为主,这种能源的开采不仅会给环境带来负面的影响,而且资源短缺也成为了制约电力行业发展的难题。
在这种情况下,选择多元化的发电方式对于优化能源结构具有重要的意义。
可再生能源、核能发电等都是未来电力发展的方向。
同时,电力产业也将不断推进智能化改造,通过先进的技术和管理手段来提升电力供应的可靠性、集约性和效益。
(2)建立现代化电力体系电力体系是指由电源、输电及变电、配电和用户组成的一个完整的电力系统。
目前,我国的电力体系已经初步建立完成,但在实际运行过程中还存在一些问题,如电力市场化不够成熟、电力配送失衡、电力价格过高等。
基于核电的大功率霍尔电推进系统设计及分析刘佳;康小录;张岩;杭观荣【摘要】本文基于空间核电源开展大功率电推进系统方案设计.大功率霍尔电推进具有结构简单、推功比高、可靠性高等综合优势,成为核电推进首选技术.以大型火星探测任务为背景,开展1MW霍尔电推进系统设计.电推进系统采用5台200 kW 电推力器组成推力器簇的方案,系统干重约2.7t,用于完成从低地球轨道(LEO)到火星轨道的轨道转移任务,预估推进剂消耗量3.89 t,远低于化学推进推进剂消耗量.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2019(053)001【总页数】7页(P9-15)【关键词】核电;霍尔电推进;系统设计;任务分析【作者】刘佳;康小录;张岩;杭观荣【作者单位】上海空间推进研究所,上海201112;上海空间发动机工程技术研究中心,上海201112;上海空间推进研究所,上海201112;上海空间发动机工程技术研究中心,上海201112;上海空间推进研究所,上海201112;上海空间发动机工程技术研究中心,上海201112;上海空间推进研究所,上海201112;上海空间发动机工程技术研究中心,上海201112【正文语种】中文【中图分类】V439.2在现阶段的空间推进领域化学推进占据绝对主导的地位,可完成目前几乎所用的空间任务。
随着空间推进技术的发展,电推进逐步应用到低高轨卫星、深空探测等多个领域,已成为空间推进重要组成部分。
电推进的优势是比冲高,可达数千上万秒,是化学推进的数倍甚至十几倍,主要用于执行在轨位保、轨道转移等任务,可极大减少推进剂的消耗量,提高飞行器的有效载荷比,有效弥补化学推进有效载荷空间运输能力不足的问题。
目前电推进的能量主要来源于太阳能,随着电推进技术的发展,太阳能电推进的不足逐渐显现,主要体现在:有限的电功率、有限的探测距离、相对较小的推力等。
太阳能的能量密度较低,导致电池阵面积过大,产生1 MW电功率的电池阵面积近似半个足球场大小,太阳能的最大电功率被限制在100 kW左右;太阳能电功率与太阳距离的平方呈反比,太阳能电推进探测范围被限制在0.4~5 AU,只能用于执行木星以内航天器的相关空间任务;电推进的推力由电功率决定,太阳能电推进的最大推力不超过10 N。
航空航天行业航天器动力与推进方案第1章航天器动力与推进技术概述 (3)1.1 航天器动力系统发展历程 (3)1.2 航天器推进技术分类与特点 (4)1.2.1 化学推进 (4)1.2.2 电推进 (4)1.2.3 新型推进技术 (4)1.3 国内外研究现状与发展趋势 (4)1.3.1 国外研究现状与发展趋势 (5)1.3.2 国内研究现状与发展趋势 (5)第2章化学推进系统 (5)2.1 固体推进剂火箭发动机 (5)2.1.1 固体火箭发动机工作原理 (5)2.1.2 固体推进剂类型及功能 (5)2.1.3 固体火箭发动机结构及设计 (5)2.1.4 固体火箭发动机的优势与局限性 (5)2.2 液体推进剂火箭发动机 (6)2.2.1 液体火箭发动机工作原理 (6)2.2.2 液体推进剂类型及功能 (6)2.2.3 液体火箭发动机结构及设计 (6)2.2.4 液体火箭发动机的优势与局限性 (6)2.3 混合推进剂火箭发动机 (6)2.3.1 混合推进剂火箭发动机概述 (6)2.3.2 混合推进剂类型及功能 (6)2.3.3 混合推进剂火箭发动机结构及设计 (6)2.3.4 混合推进剂火箭发动机的优势与局限性 (6)2.4 推进剂选择与储存技术 (7)2.4.1 推进剂选择原则 (7)2.4.2 推进剂储存技术 (7)2.4.3 推进剂管理策略 (7)第3章电推进系统 (7)3.1 离子推进器 (7)3.1.1 工作原理与分类 (7)3.1.2 功能特点 (7)3.1.3 应用情况 (7)3.2 霍尔效应推进器 (7)3.2.1 工作原理与分类 (8)3.2.2 功能特点 (8)3.2.3 应用情况 (8)3.3 磁等离子体动力推进器 (8)3.3.1 工作原理与分类 (8)3.3.2 功能特点 (8)3.3.3 应用情况 (8)3.4 电推进系统关键技术与应用 (8)3.4.1 关键技术 (9)3.4.2 应用情况 (9)第4章核推进系统 (9)4.1 核热推进 (9)4.1.1 核热推进原理 (9)4.1.2 核热推进系统构成 (9)4.1.3 核热推进关键技术 (9)4.1.4 核热推进研究进展 (9)4.2 核脉冲推进 (9)4.2.1 核脉冲推进原理 (9)4.2.2 核脉冲推进的优势与挑战 (9)4.2.3 核脉冲推进研究现状 (9)4.3 核反应堆设计与安全 (9)4.3.1 核反应堆设计原则 (9)4.3.2 核反应堆安全措施 (9)4.3.3 核反应堆监管要求 (10)4.4 核推进系统在航天中的应用前景 (10)4.4.1 核推进系统在航天中的应用优势 (10)4.4.2 核推进系统在航天任务中的应用案例 (10)4.4.3 核推进系统对航天事业的影响 (10)第5章激光推进系统 (10)5.1 激光推进基本原理 (10)5.2 激光推进系统关键部件 (10)5.3 激光推进系统功能评估 (10)5.4 激光推进在航天中的应用前景 (11)第6章新型推进技术 (11)6.1 太阳帆推进 (11)6.1.1 太阳帆工作原理 (11)6.1.2 太阳帆设计要点 (11)6.1.3 我国太阳帆推进技术发展现状 (11)6.2 磁帆推进 (11)6.2.1 磁帆工作原理 (12)6.2.2 磁帆关键技术 (12)6.2.3 我国磁帆推进技术发展现状 (12)6.3 电磁推进 (12)6.3.1 电磁推进工作原理 (12)6.3.2 电磁推进关键技术 (12)6.3.3 电磁推进应用前景 (12)6.4 推进技术展望 (12)6.4.1 高效推进技术 (12)6.4.2 环保推进技术 (12)6.4.3 小型化与多功能推进技术 (12)6.4.4 推进技术与其他领域的融合发展 (12)第7章航天器动力与推进系统集成设计 (12)7.1 动力与推进系统总体设计方法 (12)7.2 系统仿真与优化 (12)7.3 系统集成与测试 (13)7.4 在轨运行与维护 (13)第8章航天器动力与推进系统可靠性分析 (13)8.1 系统可靠性基本理论 (13)8.1.1 可靠性定义及度量 (13)8.1.2 可靠性模型 (13)8.1.3 可靠性分析方法 (13)8.2 动力与推进系统故障模式及影响分析 (13)8.2.1 动力与推进系统概述 (14)8.2.2 故障模式识别 (14)8.2.3 故障影响分析 (14)8.3 可靠性评估与优化 (14)8.3.1 可靠性评估方法 (14)8.3.2 可靠性优化策略 (14)8.3.3 优化效果验证 (14)8.4 长寿命高可靠性设计 (14)8.4.1 设计原则 (14)8.4.2 设计方法 (14)8.4.3 设计验证 (14)8.4.4 设计实施与监测 (14)第9章航天器动力与推进系统环境适应性分析 (15)9.1 空间环境及其对推进系统的影响 (15)9.2 环境适应性设计方法 (15)9.3 环境适应性试验与评估 (15)9.4 耐环境设计与应用 (15)第10章航天器动力与推进技术未来发展 (15)10.1 新型动力与推进技术发展趋势 (15)10.2 绿色环保推进技术 (16)10.3 深空探测与星际旅行推进技术 (16)10.4 民用与商业航天推进技术展望 (16)第1章航天器动力与推进技术概述1.1 航天器动力系统发展历程航天器动力系统作为航天器的核心组成部分,其发展历程反映了人类航天技术的进步。
电网电力行业的现状与趋势近年来,随着经济的快速发展和人们对于生活条件的不断提高,对电力的需求也日益增长。
作为现代产业的核心基础,电网电力行业正承担着保障社会供电、推动经济发展的重要任务。
本文将从电网电力行业的现状和趋势两个方面进行探讨和分析,以期帮助读者更好地了解这个行业。
一、电网电力行业的现状电网电力行业是指通过输配电网为用户提供用电服务的行业,它包括发电、输电、配电和用电四个环节。
当前,电网电力行业面临着以下几个主要现状:1. 供需矛盾加剧:随着工业化和城镇化的不断推进,电力需求呈现出快速增长的趋势。
但是,由于传统发电方式的限制和环保政策的要求,电力供应面临较大压力,供需矛盾日益加剧。
2. 电网老化问题:我国电网建设始于上世纪80年代,部分电网设备已经运行多年,存在老化和短板问题。
这种老化问题给电网运行带来了一定的不稳定因素,需要及时加以解决和升级。
3. 新能源发展:随着对环境保护的关注度不断提高,新能源发展成为电网电力行业的重要推动力。
光伏、风电等新能源装机容量逐年增长,对电网运行和管理提出了新的要求和挑战。
4. 电力市场改革:我国电力市场改革持续推进,逐步实行电力市场化交易,打破垄断,提高市场竞争。
这一改革将进一步优化电力资源配置,提高供电质量和效率。
二、电网电力行业的趋势电网电力行业面临的挑战和问题也催生了一系列趋势和发展方向。
以下是电网电力行业未来的几个主要趋势:1. 智能电网发展:智能电网是电网技术的一种革命性发展,它通过信息通信技术的应用,实现对电力系统的智能化管理和优化调度。
未来,智能电网将成为电网电力行业的主要发展方向,提高电网的安全可靠性和供电效率。
2. 新能源扩容:为应对能源紧缺和环境污染问题,新能源装机容量将进一步扩大。
特别是太阳能和风能等清洁能源的利用率将大幅提高,逐渐成为电力系统的重要组成部分。
3. 电力配送网络优化:为了改善供电质量和效率,电力配送网络将进行全面优化。
空间电推进的技术发展及应用张伟文;张天平【摘要】近日,由中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所自主研制的中国首个卫星用离子电推进系统(LIPS-200)(其束流直径为200mm)地面寿命及可靠性试验累计工作时间达到6000h,开关机3000次,具备确保卫星在轨可靠运行15年的能力。
另外,航天推进技术研究院上海空间推进研究所的霍尔电推进技术也取得了重大突破—80mN霍尔推力器的空心阴极长寿命试验突破18000h,这标志着我国自主研制的电推进系统达到了国际先进水平,将全面迈入工程应用阶段,能够满足我国通信卫星系列平台的发展需求。
【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】8页(P1-8)【作者】张伟文;张天平【作者单位】兰州空间技术物理研究所;兰州空间技术物理研究所【正文语种】中文近日,由中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所自主研制的中国首个卫星用离子电推进系统(LIPS-200)(其束流直径为200mm)地面寿命及可靠性试验累计工作时间达到6000h,开关机3000次,具备确保卫星在轨可靠运行15年的能力。
另外,航天推进技术研究院上海空间推进研究所的霍尔电推进技术也取得了重大突破—80mN霍尔推力器的空心阴极长寿命试验突破18000h,这标志着我国自主研制的电推进系统达到了国际先进水平,将全面迈入工程应用阶段,能够满足我国通信卫星系列平台的发展需求。
1 引言电推进又称为电火箭,它是把外部电能转换为推进剂喷射动能的火箭类型。
根据把电能转换为推进剂动能的工作原理,电推进可分为电热型、静电型、电磁型、新型四大类,目前,同属静电类型的离子电推进和霍尔电推进的技术最成熟、应用也最广泛。
由于突破了传统化学推进喷射动能受限于推进剂化学内能的约束,电推进很容易实现比化学推进高一个量级的比冲性能。
在航天器上应用高比冲推进系统可以节省大量推进剂,从而增加航天器有效载荷、降低发射质量、延长工作寿命等。
新能源发电技术的现状与前景随着全球气候变化问题的加剧,新能源发电技术成为了全世界的关注焦点。
新能源产业正在日益壮大,各国都在加速推进新能源的开发和应用。
那么,新能源发电技术的现状与前景又是怎样的呢?一、新能源发电技术的现状(1)太阳能光伏发电太阳能光伏发电是利用太阳辐射能转化成电能的一种技术。
现在,全球已经建设了数百个大型太阳能电站,并且太阳能电池的转换效率也在不断提高。
在中国,央企、民企、外资企业等积极投资光伏发电,太阳能光伏发电已成为中国新增电力装机中的主力,具有广阔的发展前景。
(2)风能发电风能发电是指利用风力转化成电能的一种技术。
目前,风电已成为新能源中的主力之一,在国际和国内能源领域获得了广泛的应用。
2018年,中国风电装机容量已达到了210.93GW,乘风破浪,风能发电的前途一片光明。
(3)水能发电水能发电是指利用水力能力将水能转换为电能的一种技术。
目前,全球的水电在发电中的占比较大,水电站也在逐步的更新换代,例如加装水轮发电机组、翻新水电站。
中国2018年水电装机容量已达到了352.6GW,在未来的发展中,水能发电将有更多的发展前景。
(4)生物质能发电生物质能发电是指利用生物质资源将其转换为电能的一种技术。
生物质能发电中主要是利用生物质的热值来发电,目前国内外生物质能发电已经比较成熟,但是由于生物质能资源分散、贫瘠等问题,生物质发电的规模还比较小。
二、新能源发电技术的前景(1)技术的进步随着科技的不断进步,新能源技术也得以不断提高,发电效率不断提高。
例如,太阳能电池片的转换效率现在已经达到了20%以上;风能发电中也有水平轴和垂直轴两大技术,其中垂直轴的效率已经实现了3-4倍的提升。
(2)政策的支持各国都出台了新能源政策,鼓励企业将研发成果转化成生产力,以此来推广使用新能源。
例如,中国国家能源局已经出台了多项政策支持新能源发展,也鼓励企业进行新能源方面的投资。
(3)市场的需求随着市场需求不断增多,各企业不断推动新能源技术的开发和推广,市场需求的增多也将为新能源产业带来前所未有的机遇和挑战。
小学生快乐作文500字【精选】小学生快乐作文500字集合5篇在平平淡淡的学习、工作、生活中,大家总少不了接触作文吧,借助作文可以宣泄心中的情感,调节自己的心情。
那么,怎么去写作文呢?下面是小编收集整理的小学生快乐作文500字5篇,希望能够帮助到大家。
小学生快乐作文500字篇1十一长假在大家的期盼中拉开了序幕。
今年是我们伟大祖国**周岁生日,普天同庆,到处彩旗招扬,一派节日的景象。
第一天,亲戚朋友们在一起聚会,大家聊着彼此的近况。
我们小朋友说着各自学校的趣事,交流玩天天酷跑赢积分兑换座骑的秘决。
说到开心之处,大家哈哈大笑。
第二天,我们去挑选了一个机器人的拼装玩具。
回到家后,我迫不及待地拿起说明书,开始拼装。
这一次,我独自一人参照说明书上的方法,一个配件一个配件的组装,终于自己组装成功了一个机器人,我拥有了一支机器人小分队。
第三天,我带着我的自行车――风水狼去装了一个车篓,让它变得更加帅气。
第四天,我们去看了《新大头儿子和小头爸爸之秘密计划》的电影。
大头儿子一家三口都有自己的秘密计划,这个秘密计划也是他们的梦想。
大头儿子和小头爸爸攒起零花钱为灾区的小朋友修桥,让他们的上学之路更加安全。
大头儿子为了当上小小宇航员努力锻炼身体……经过努力,他们都实现自己的梦想。
每个人的小梦想汇聚到一起就会变成大梦想。
第五天,我和爸爸一起去值班。
爸爸的单位位于汤逊湖畔,湖光山色、绿树成行,真是一个好地方。
第六天,我们来到欢乐谷的恐龙乐园,那里的恐龙可真多。
我们一进入园区,就传来一阵阵恐龙的吼叫声,把毫无防备的我吓了一跳。
霸王龙、雷龙、永川龙、双冠龙张着大大的嘴巴,露出尖尖的牙齿,长长的尾巴甩来甩去,一副凶狠的样子,吓得那些胆小的小朋友都不敢上前合影。
我钻入了恐龙蛋,化身为恐龙宝宝,让我开心不已。
第七天,也是长假的最后一天,我整理好书包,清点完作业,做好了上学前的准备工作。
十一的长假真长啊!我有七天没有见到老师和同学们,我真想念他们。
船用推进电机行业分析报告及未来五至十年行业发展报告目录概述 (4)一、2023-2028年船用推进电机企业市场突破具体策略 (5)(一)、密切关注竞争对手的策略,提高船用推进电机产品在行业内的竞争力 (5)(二)、使用船用推进电机行业市场渗透策略,不断开发新客户 (5)(三)、实施船用推进电机行业市场发展战略,不断开拓各类市场创新源 (6)(四)、不断提高产品质量,建立覆盖完善的服务体系 (6)(五)、实施线上线下融合,深化船用推进电机行业国内外市场拓展 (6)(六)、在市场开发中结合渗透和其他策略 (7)二、2023-2028年船用推进电机业市场运行趋势及存在问题分析 (7)(一)、2023-2028年船用推进电机业市场运行动态分析 (7)(二)、现阶段船用推进电机业存在的问题 (8)(三)、现阶段船用推进电机业存在的问题 (8)(四)、规范船用推进电机业的发展 (10)三、船用推进电机行业发展状况及市场分析 (11)(一)、中国船用推进电机市场行业驱动因素分析 (11)(二)、船用推进电机行业结构分析 (11)(三)、船用推进电机行业各因素(PEST)分析 (12)1、政策因素 (12)2、经济因素 (13)3、社会因素 (14)4、技术因素 (14)(四)、船用推进电机行业市场规模分析 (14)(五)、船用推进电机行业特征分析 (15)(六)、船用推进电机行业相关政策体系不健全 (16)四、2023-2028年宏观政策背景下船用推进电机业发展现状 (16)(一)、2022年船用推进电机业发展环境分析 (16)(二)、国际形势对船用推进电机业发展的影响分析 (17)(三)、船用推进电机业经济结构分析 (18)五、船用推进电机行业政策背景 (19)(一)、政策将会持续利好船用推进电机行业发展 (19)(二)、船用推进电机行业政策体系日趋完善 (20)(三)、船用推进电机行业一级市场火热,国内专利不断攀升 (20)(四)、宏观经济背景下船用推进电机行业的定位 (21)六、2023-2028年船用推进电机业竞争格局展望 (21)(一)、船用推进电机业经济周期分析 (21)(二)、船用推进电机业的增长与波动分析 (22)(三)、船用推进电机业市场成熟度分析 (22)七、关于“十四五”船用推进电机业发展战略规划的建议 (23)(一)、船用推进电机业“十四五”战略规划简介 (23)1、船用推进电机业的社会化 (24)2、大规模的船用推进电机业 (24)(二)、“十四五”期间船用推进电机业的市场应用方向 (24)(三)、十四五”期间船用推进电机业的发展重点 (25)八、关于未来5-10年船用推进电机业发展机遇与挑战的建议 (26)(一)、2023-2028年船用推进电机业发展趋势展望 (26)(二)、2023-2028年船用推进电机业宏观政策指导的机遇 (26)(三)、2023-2028年船用推进电机业产业结构调整的机遇 (27)(四)、2023-2028年船用推进电机业面临的挑战与对策 (27)九、船用推进电机成功突围策略 (28)(一)、寻找船用推进电机行业准差异化消费者兴趣诉求点 (28)(二)、船用推进电机行业精准定位与无声消费教育 (28)(三)、从船用推进电机行业硬文广告传播到深度合作 (29)(四)、公益营销竞争激烈 (29)(五)、电子商务提升船用推进电机行业广告效果 (29)(六)、船用推进电机行业渠道以多种形式传播 (30)(七)、强调市场细分,深耕船用推进电机产业 (30)十、“疫情”对船用推进电机业可持续发展目标的影响及对策 (31)(一)、国内有关政府机构对船用推进电机业的建议 (31)(二)、关于船用推进电机产业上下游产业合作的建议 (32)(三)、突破船用推进电机企业疫情的策略 (32)十一、船用推进电机产业投资分析 (33)(一)、中国船用推进电机技术投资趋势分析 (33)(二)、大项目招商时代已过,精准招商愈发时兴 (33)(三)、中国船用推进电机行业投资风险 (34)(四)、中国船用推进电机行业投资收益 (34)概述近年来,船用推进电机行业市场火爆,其应用场景跨越式发展的根本原因在于技术、安全和多样性的创新。
电推进技术现状传统的航天推进技术是利用化学能将运载器送入预定空间轨道和实现航天器在轨机动的技术,主要是指液体和固体化学推进。
从1926年美国人戈达德(Goddard R. H.)研制成以液氧/汽油为推进剂的液体火箭发动机至今,化学推进已经有近80年的发展历史,目前其理论体系和应用技术基本成熟,发射基地和地面测控系统等配套设施健全。
化学推进最突出的特点是可以提供大推力,一直以来是航天领域使用最多的推进技术,而且在可预见的将来仍是重要的航天推进技术。
喷气推进技术之父,美国科学家和工程师罗伯特-戈达德随着人类利用和探索宇宙空间的范围和深度大大拓展,各国竞相出台新太空政策,人类又掀起了新一轮以深空探测为标志的太空探索热潮,而传统的化学推进已经无法满足未来空间探索特别是深空探测的需要。
它最主要的不足是能量密度低,目前单纯依靠化学推进来提高喷气速度加速航天器的方法,已经接近了极限。
由于能量密度低,利用化学推进需要携带大量的燃料。
目前液体和固体火箭发动机所携带的燃料,要占到总重量的90%以上,而有效载荷只占1%~1.5%,将1千克的载荷送入轨道的费用达上万美元。
同时,现在的运载工具需要有2~3级火箭持续加速才能将航天器送入轨道,这样就导致了化学推进效费比低、系统可靠性降低等。
化学推进需要消耗大量燃料,且不能将航天器加速到足够的速度,这是无法满足深空探测要求的。
新型推进技术是相对传统的化学推进技术而言的,是指航天推进基本原理或能源方式不同于化学推进的非化学推进。
目前,世界各国正在竞相研究各种新型推进技术,以满足未来太空探索的需要,而电推进就是目前各国开发的重点之一。
其实电推进的理论研究始于20世纪初。
1906年戈达德就提出了用电能加速带电粒子产生推力的想法,之后和他的学生进行了初步的试验。
1911年,俄国科学家齐奥尔科夫斯基也设想用电能获得高速运动的粒子作为火箭的动力。
从1940年代中期到1950年代中期,美国和苏联科学家各自提出了多种类型的电推进器方案和理论,不但初步从理论上完善了电推进理论,还论证了电推进的可行性。
由于当时受到航天器上电源的限制以及冷战期间苏美两国将更多的注意力放在了传统化学火箭发动机上,电推进并没有进入工程研制阶段,直到1955年后,美苏开始竟相研制电推进技术,使得电推进技术开始登上航天大舞台。
现代航天学和火箭理论的奠基人康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基。
正是由于他的杰出贡献和影响,使苏联在世界航天事业中占有重要地位。
在人类航天历史上,有三位科学家的名字将被永远铭记,他们是:俄国的康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(Konstantin E.Tsiolkovsky)、美国的罗伯特·戈达德(Robert Hutchings Goddard)和德国的赫尔曼·奥伯特(Hermann Oberth)。
一、电推进系统组成电推进系统主要由三部分组成:电源处理系统(Power Processor Unit, PPU)、推进剂储存与供给系统和电推力器,其典型配置如图所示。
典型电推进系统示意图电源处理系统调节来自太阳能电池板或者其它电源的电流,并按照要求输送到推力器和航天器上其它用电系统。
由于电源处理系统在电推进系统中担当着重要的角色,其体积和质量通常比较大,也是电推进系统中比较复杂的分系统。
前面提到,电推进发动机的推力一般较小,因此,在不降低电源处理系统性能的前提下,如何减小其体积和质量是摆在科研人员面前的一个重要课题。
推进剂储存于供给系统与传统的冷气推进系统及单组元推进系统相近,包括推进剂储箱、电磁阀、过滤器、和管路系统等。
电推进系统的推进剂流量通常情况下较小而连续供给的时间很长,这给电磁阀的流量控制和防泄漏带来了困难,也增加了地面试验时流量测量的难度。
电推进器将电源处理系统输送过来的电能通过一定的方式转化为推进剂的动能,能量转化率以及性能是衡量某个推力器优劣的重要指标。
二、电推进分类及特点根据电推进系统中将电能转化为推进剂动能方式的不同,大致可将电推力器分为3类:电热型、静电型和电磁型。
电推进分类及其典型推力器电热型推进系统利用电能加热推进剂,是最早在实验室中进行研究的电推进类型,也经常通过传统的化学火箭发动机改装而来。
被加热的推进剂经拉瓦尔喷管加速喷出发动机,产生推力。
电热型推进器是几种电推进中比冲较小的,和传统化学火箭发动机比冲相当,但其优点是结构简单、价格便宜、安全可靠、操作和维护方便等。
典型的电热型推进系统有电阻加热喷气推进器(Resistojet)和电弧加热喷气推进器(Arcjet)。
典型电热型推进系统原理图:左:电阻加热喷气推进器;右:电弧加热喷气推进器静电型推进系统将推进剂气体原子电离为等离子体状态,再利用静电场将等离子体中的离子引出并加速,高速喷出的离子束流对推力器的作用力即为推进系统的推力,此外,有的静电型电推进系统利用静电场加速带电液滴或液态金属离子产生推力。
静电型推进器特点是比冲高、结构紧凑、质量轻以及技术成熟等。
典型的静电型推进系统有霍尔效应推进器(Hall Effect Thruster, HET。
霍尔效应推进器还被称为稳态等离子体推力器,Stationary Plasma Thruster, SPT)和离子推进器(Ion Thruster, IT)。
典型静电型推进系统原理图:左:霍尔效应推进器;右:离子推进器电磁型推进系统利用电场和磁场交互作用来电离和加速推进剂,产生推力。
在电磁型推进系统中,推进剂离子的加速不是通过单独的电场来完成的,因此,喷出的离子束不受空间电荷的限制,即在等离子体中,通过磁作用比通过静电作用能获得更大的能量密度。
电磁型推力器的特点是比冲高、技术成熟、寿命长等。
典型的电磁型推进系统有脉冲等离子体推进器(Pulsed Plasma Thruster, PPT)和磁等离子体推进器(MagnetoPlasmaDynamic Thruster, MPDT)。
典型电磁型推进系统原理图左:脉冲等离子体推进器;右:磁等离子体推进器电推进中推进剂喷出推力器时的动能是由电源的能量也就是功率决定的,因此理论上来说,只要电源系统的功率足够大,电推进系统的比冲可以远大于传统的化学推进发动机。
实际上,电源系统始终是制约电推进发展的一个关键要素,当前应用的电源系统大部分为太阳能电池板,其功率较小。
几种典型电推进推进器的性能如表所示。
三、发展水平在电推进技术的发展历程中,由于冷战时代的太空竞赛,以美国、苏联的发展最为迅速,处于世界领先水平。
电推进器的工程研究从20世纪50年代末才开始。
早在1955年,苏联就已经开始试验道轨式和同轴式脉冲等离子体推进器。
1958年8月,美国的福雷斯特在火箭达因公司运行了第一台铯接触式离子推进器,同年,苏联也试验了这种推进器。
1960年,美国NASA的Kaufman研制了第一台电子轰击式离子推进器,因此这种推力器也被称为Kaufman推进器。
同年,德国吉森大学的勒布试验了第一台射频离子推进器。
苏联库哈托夫原子能研究所的莫罗佐夫教授在1966年试验了第一台SPT推进器。
此后,各类电推进器的工程研究得到了迅速发展。
1955年毕业于莫斯科大学的阿列克谢-莫罗佐夫(АлексеяМорозова)“关于建立等离子体电火箭发动机的可能性”的文章,从此开始了等离子推进器技术的研究,并因在SPT方面的研究而成为该领域的国际权威之一50年代苏联科学家扎列诺夫提出的等离子源设计图美国福雷斯特的第一台铯接触式离子推进器早期的Kaufman推力器从20世纪60年代开始,电推力器进入了实际应用的时代。
PPT是最早应用的电推进器。
1962年,苏联首次将PPT用于卫星的阻力补偿任务,此后又在其向金星发射的星际空间探测器上使用了6台PPT推进器,1968年,美国在其地球同步通讯卫星上成功地应用了PPT。
当前,各航天大国及相关单位对脉冲等离子体的研究方兴未艾。
一些发展中国家也与发达国家合作开展了对脉冲等离子体推力器的相关研究,如巴西和英国的科研人员对高频短脉冲PPT(High FrequencyPulsed Plasma Thruster, HFB-PPT)进行了研究和测试。
苏联用于金星探测器上的PPT推进器草图苏联/俄罗斯研制的PPT性能参数美国NASA研制的EO-1PPT推进器60年代后,苏联随着SPT推进器的发明开始重点研究SPT,并取得了巨大成就,其中苏联“火炬”试验设计局(EDB“FAKEL”,注意此“火炬”不是研制生产S-300导弹的“火炬”设计局)、凯尔德什设计局、库尔恰托夫研究所及中央机械制造科学研究所(TsNIIMASH)成为苏联研制电推进器的主要单位,其中的“火炬”的成就最为显著。
俄罗斯电视台采访“火炬”设计局该设计局位于俄罗斯处于德国、波兰中间的飞地-加里宁格勒州,成立于1955年,是苏联科学院推进实验室下属企业,1962年升级成为设计局,目前隶属俄罗斯航天局。
成立50多年来一直从事电推进技术研究开发,是苏联和俄罗斯研制开发SPT实力最雄厚的单位。
设计局50周年纪念册火炬设计局69年设计的SPT推进器EOL-1型SPT推进器部件EOL-2型SPT推进器部件1971年,苏联首次将SPT应用于METEOR航天器上,用于轨道保持任务。
从1977年到1997年,前苏联进行了一系列关于SPT系列推进器的地面试验和飞行测试。
其中包括用于KOSMOS、LUCH、COUPON 和YAMAL-100航天器上的SPT-70推进器,用于GALS和EXPRESS航天器上的SPT-100推进器,用于SESAR和YAMAL-200航天器上的SPT-100推进器地面试验等。
这些SPT推力器的功率范围为0.7-2.5kW,推力在10-150mN之间。
左:SPT-25;右:SPT-35左:SPT-50;右SPT-70左:SPT-100,右:SPT-2300SPT系列推进器性能比较苏联/俄罗斯研制的SPT推进器列表,其中TsNIIMASH的D-55还被美国选做商用和军用卫星推进系统备选方案俄罗斯克尔德什研究中心的霍尔推进器研制情况由于苏联的解体,火炬设计局在财政上遇到了困难。
这时,一直垂涎于苏联先进技术的西方公司开始介入。
1992年,由法国著名的发动机斯耐克玛(SNECMA)以及美国机构开始与火炬设计局合作成立了国际空间技术公司(ISTI),在SPT-100的基础上改进提高,应用到西方的卫星上。
目前斯耐克玛已经是欧洲最主要的SPT推进器生产企业。
2003年9月27日,欧空局发射了用于探索月球的Smart-1(Small Missions for Advanced Research in Technology)航天器,该航天器采用霍尔效应推进器PPS-1350-G作为主推进。