不到一周前也就是今年4月29日上午11時許，我國在海南文昌航天發(fā)射中心，利用長征五B遙二運載火箭發(fā)射的天和號核心試驗艙，其采用的姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)就采用了我國自主研制的LIPS-300型霍爾推進(jìn)器，該電推進(jìn)發(fā)動機(jī)早前已經(jīng)在實踐20系列衛(wèi)星上取得了成功測試，而此次天和號核心艙裝備霍爾電推技術(shù)后，這不僅是霍爾電推首次用在載人航天器上，更代表了天和號核心艙和整個天宮空間站在未來幾十年的服役生涯內(nèi)，將具備更加強(qiáng)大的姿態(tài)軌道控制能力和降低對貨運補(bǔ)給能力的優(yōu)勢。
航天技術(shù)誕生已經(jīng)半個世紀(jì)之久了，在過去的半個多世紀(jì)中航天器雖然種類越來越多、性能越來越強(qiáng)大、使用場景也越來越廣闊，但是航天器的動力系統(tǒng)卻沒有發(fā)生較大的改變，時至今日絕大部分航天器依然使用的是傳統(tǒng)的液體火箭發(fā)動機(jī)，因為航天器不管是衛(wèi)星還是飛船、空間站在軌運行期間受地球引力或者其他星球引力影響，其運行軌道會受到變化，繼而影響航天器的正常運行，比如繞地衛(wèi)星受地球引力影響軌道高度會越來越低，并最終與大氣層摩擦、墜毀在大氣層內(nèi)。所以為了保證繞地航天器的正常運行，所有航天器在正常繞軌運行期間，都需要定期打開自身發(fā)動機(jī)加速、以抬升運行軌道高度，那么受限于繞地航天器自身搭載的燃料有限，對于大型的空間站、飛船而言，還可以通過多次貨運補(bǔ)給增加燃料的方式延長其運行壽命。但是對于體型較小的衛(wèi)星而言，受限于自身搭載的燃料有限，近地軌道運行的衛(wèi)星普遍運行壽命只有五六年左右，壽命這么短的原因就在于其距離地球更近、受到的引力更大、需要更加頻繁的打開發(fā)動機(jī)加速，所以燃料消耗的很快，以至于五六年后燃料消耗完了，但是自身其他設(shè)備依然處于正常工作狀態(tài)還是得退役。
對于運行在更高軌道上的其他航天器，比如運行在地球同步、太陽同步等高軌道上的大型通訊、氣象衛(wèi)星而言，其雖然運行的軌道高度更高，受到地球的引力影響更小，同時更加細(xì)長的弧形軌道也使得其在正常運行期間能夠盡可能的借助太陽或者其他星球的引力加速、從而節(jié)省和降低自身燃料消耗，繼而延長其運行壽命。但是受限于運載火箭自身發(fā)射載荷等原因限制，高軌道運行的衛(wèi)星等航天器除了部分航天器可以利用“太空擺渡車”將其從星箭分離后的近地軌道一路運送到預(yù)定高軌道外，大部分衛(wèi)星在近地軌道附近星箭分離后，沒有太空擺渡車的幫助下，就只能打開自身發(fā)動機(jī)來加速并不斷抬升運行軌道高度、并最終抵達(dá)運行的高軌道，那么對于這類需要依靠自身動力前往預(yù)定運行軌道的衛(wèi)星而言，在軌道爬升的過程中會消耗很多燃料，無形中降低了其預(yù)定運行壽命。
對于我國正處于建設(shè)階段的天宮空間站而言，前段時間我國已經(jīng)成功發(fā)射了天和號核心艙，到2022年結(jié)束前我國還將發(fā)射問天和夢天號兩個實驗艙，和3艘天舟貨運飛船和4艘神舟載人飛船，徹底完成整個天宮空間站的一期百噸級建設(shè)目標(biāo)規(guī)劃。那個對于承擔(dān)整個天宮空間站未來幾十年在軌運行的天和號核心艙而言，其不僅承擔(dān)著后續(xù)兩個實驗艙和數(shù)量更多的天舟和神舟飛船的對接任務(wù)，同時還承擔(dān)著整個天宮空間站在軌運行期間的所有控制和在軌姿態(tài)運行任務(wù)，所以在天和號核心艙尾部的資源艙內(nèi)，就裝備有用于整個空間站在未來幾十年長期在軌運行的軌道姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)和變軌發(fā)動機(jī)。
變軌發(fā)動機(jī)主要用于未來某個時刻緊急需要變軌躲避太空垃圾、或者更好的和其他航天器對接、脫離需要而設(shè)計的專用發(fā)動機(jī)，在類型上使用了推力更大的化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)，但是也因為自身使用頻率并不是很高，所以后期對于燃料的消耗速度并不高，并不會造成貨運補(bǔ)給壓力。
前面也說過所有繞地球飛行的近地軌道航天器，因為距離地球距離更近、受到的地心引力更大，為了不墜入大氣層燒毀，就得定期打開自身軌道控制發(fā)動機(jī)加速抬升軌道，或者借助前來對接的其他航天器完成相似動作，以保證自身在軌運行安全。比如現(xiàn)階段運行在距離地面390公里高度的國際空間站，因為自身重量更大、運行高度更低，所以最長間隔三個月就得抬升一次軌道高度，但是對于國際空間站而言，由于技術(shù)的老舊等原因，其抬升一次軌道高度所消耗的燃料更多，所以就需要更多數(shù)量的貨運飛船更加頻繁的進(jìn)行燃料補(bǔ)給，這直接增加了航天發(fā)射次數(shù)、增加了航天發(fā)射成本，并不利于未來航天發(fā)展需求。
而我國成功發(fā)射的天和號核心艙在未來的幾十年內(nèi)，也需要不斷的抬升運行軌道高度以保證正常運行，那么對于天和號核心艙而言，如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)用于軌道高度控制的話，未來幾十年將需要發(fā)射數(shù)量更多的天舟貨運飛船來完成在軌燃料補(bǔ)給，無形中增加了航天發(fā)射成本，不利于中國航天未來發(fā)展。所以在天和號核心艙的軌道姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)上，我們放棄了傳統(tǒng)的化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)，選擇了2019年底發(fā)射升空的實踐20號衛(wèi)星上試驗成功的LIPS-300型霍爾推進(jìn)器。
霍爾推進(jìn)器使用電能作為動力源，所以對于天和號核心艙而言，自身搭載的兩個柔性太陽能帆板就能為其裝備的四臺霍爾推進(jìn)器提供能源供應(yīng)，也就不需要定期發(fā)射天舟貨運飛船執(zhí)行在軌燃料補(bǔ)加任務(wù)了，不光對于天宮空間站而言降低了后期運營發(fā)射成本，同時也使得天宮空間站在未來的運行期間可以源源不斷的打開霍爾推進(jìn)器以保證軌道運行精準(zhǔn)，以提升軌道運行壽命。
當(dāng)然在霍爾推進(jìn)器領(lǐng)域，雖然我國已經(jīng)率先在天和號核心艙這樣的載人航天器上使用了霍爾推進(jìn)器，但是我國在霍爾推進(jìn)器領(lǐng)域的實力和國際先進(jìn)水準(zhǔn)還是有一定差距存在?；仡櫸覈诨魻柾七M(jìn)器領(lǐng)域的技術(shù)研究其實還是很早的，在1959年霍爾推進(jìn)器技術(shù)被提出后，我國在上世紀(jì)60年代末期就開始了相關(guān)技術(shù)的研究，但是上世紀(jì)七八十年代受外部因素影響下中斷了近20年十佳，直到1999年我國才正式重啟離子推進(jìn)技術(shù)中的霍爾推進(jìn)器再研發(fā)，到2004年首臺200毫米氙離子推進(jìn)器樣機(jī)問世，才正式宣告我們重新回到了離子推進(jìn)器這條路上來。
到后面實踐系列衛(wèi)星上多次搭載了我國不同時期研制的不同類型霍爾推進(jìn)器，比如2012年實踐九號上首次使用了推力只有40毫牛的離子推進(jìn)器、再到2019年12月發(fā)射成功的實踐20號裝備了我國最新研制的300毫米的LIPS-3000離子推進(jìn)器，其比沖達(dá)到了40km/s，推力達(dá)到了300毫牛，并實現(xiàn)了高低功率雙模式后，才正式宣告我國在離子推進(jìn)器領(lǐng)域的離子和霍爾推進(jìn)器基本上走在了世界前列。
而此次天和號核心艙上裝備的霍爾推進(jìn)器就是在實踐20號衛(wèi)星上驗證成功的LIPS-300型霍爾推進(jìn)器，其雖然推力很小，但是用于軌道精準(zhǔn)控制的天和號核心艙而言，推力小反而更適合軌道精準(zhǔn)控制；而且對于在軌運行的航天器而言平時保持軌道精準(zhǔn)運行的推力并不需要很大，反而對于比沖有很高的要求，而LIPS-300霍爾推進(jìn)器的比沖高達(dá)40km/s，比傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)器最大不超過500S快得多，能夠以更高的效率實現(xiàn)產(chǎn)期在軌精準(zhǔn)運行，這就是天和號核心艙敢為先人采用霍爾推進(jìn)器在載人航天器上的原因所在。
老二水平，第一的是美國。
提供推力的引擎是運動物體的關(guān)鍵，中國最落后的是飛機(jī)引擎，否則大飛機(jī)、戰(zhàn)略空軍早就有了，不至于拖到現(xiàn)在還起步階段。相比而言，火箭引擎差距小，個別甚至與國際先進(jìn)的相當(dāng)。
