510所研究两大“新科技”将首次遨游太空

　　12月20日讯 据兰州日报报道（记者 孙理 文/图）日前，由我国首飞的长征五号新一代大推力运载火箭将实践十七号科学试验卫星成功送入地球同步轨道。实践十七号将在太空完成十余项新技术的搭载验证，这些新技术中，有两项就来自兰州空间技术物理研究所（以下简称510所），他们分别是LHT-100自励磁霍尔电推进系统和卫星充放电效能检测仪。12月19日，记者从510所了解到，两个产品均已完成了肩负的试验任务，各项参数正常，性能良好，试验的成功将为进一步探索空间科学提供有力的保障。

　　为卫星插上轻灵的“翅膀”

　　——LHT-100自励磁霍尔电推进系统

　　中低轨道卫星在太空中飞行的时候，并不是一帆风顺的，会受到太空中稀薄的大气、地球磁场以及太阳辐射等的影响，这种情况下卫星会逐渐偏离运行轨道，甚至掉下来，高轨道卫星则会受到星球摄动等影响引起轨道偏离，从而需要对其进行位置的保持。

　　那么如何让卫星完成在轨南北位置保持、轨道维持等任务？答案是安装推进系统。推进系统包括传统的化学推进系统和先进的电推进系统等。传统的推进系统将压缩气体喷出或通过化学燃烧加热燃烧产物喷出产生反冲推力，从而将卫星“拉回”预定轨道。卫星在太空中飞行时受到的干扰力很小，但时间一长，会产生很大的作用，为了抵消它的影响，卫星推进系统需要携带大量的推进剂，使得卫星变得“笨重”.要将“笨重”的卫星运送到太空中，需要火箭花费更大的力气。

　　如何才能让“笨重”的卫星“瘦下来”呢？当然有办法了，那就是安装电推进系统。电推进系统消耗电能加热电离推进剂并加速喷出产生推力，电推进的推力很小，只有几十到几百毫牛，但是它的比冲很高，这就是让卫星“瘦身”的秘诀。那么什么是比冲呢？比冲是衡量发动机性能的一个重要参数，定义为单位推进剂的量所产生的冲量，比冲越高，代表纠正轨道所消耗的推进剂越少。电推进的比冲是传统推进的几倍甚至十几倍，相应的卫星需要携带的推进剂大大减少，例如欧洲通信卫星公司生产的Ka频段通信卫星，如果使用化学推进，整个卫星包括燃料的重量将达到7000kg,而使用电推进，卫星的重量将会降低到4100kg,“瘦身”效果就很明显了。

　　没有推进系统，卫星将不能在太空稳定飞行，从某种意义上说推进系统就是卫星的“翅膀”,510所研制的LHT-100自励磁霍尔电推进系统更是一双轻灵的“翅膀”.作为同类型号的国内首飞，LHT-100自励磁霍尔电推进肩负着重要的使命，据相关负责人介绍它的飞行将为后续在我国新型通信卫星、遥感卫星、科学试验卫星等卫星上的应用积累宝贵经验，也标志着兰州空间技术物理研究所成为国际唯一一家同时开展离子电推进和霍尔电推进系统产品研制及在轨飞行试验及应用的单位。

　　给我一只太空“测电笔”

　　——卫星充放电效能检测仪

　　航天人都有“一怕”,就是卫星充放电效应。这种效应是威胁卫星在轨安全运行的主要原因。由于太空特殊的环境因素，会造成卫星表面带电和内带电。如果带电现象严重，将诱发静电放电，可能会产生伪指令，造成电子开关异常切换，导致系统功能紊乱甚至失效。严重的充放电效应还能导致卫星功能材料损毁，缩短航天器的运行寿命。

　　大家会问：卫星为什么会带电呢，为什么要对卫星带电进行监测呢？我们知道，物质是由原子或分子组成，原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成，通常情况下原子所带的正、负电荷的电量相等，所以物体呈电中性。如果物体失去电子或得到电子，那物体的电中性就会被破坏而带正电或负电。地球上的绝大多数物体，包括各种建筑物、你、我都是不带电的。其实从卫星研制到发射之前，也是不带电的，但卫星发射到太空以后，卫星会带上电荷，这又是为什么呢？原来，卫星飞行的轨道空间是由大量由带正电和负电的电离气体组成的等离子体环境，这些等离子体在卫星表面沉积，会引起卫星带电。一般情况下，能量较低的等离子体不能穿透卫星表面材料，只是在卫星材料表面附近驻留，电荷也因此沉积在卫星表面，称为表面带电，如果等离子体能量很高，会穿透卫星表面材料，并将电荷沉积在材料内部，称为内带电。卫星表面带电还与卫星表面的介质材料有关，不同的介质材料由于其导电性能和所受光照条件的不同，其充电电位也不同。实践十七号卫星飞行在离地球表面36000公里地球同步卫星轨道，这里的等离子体能量在数百到数千电子伏，卫星的表面带电十分严重，如果不采取相关措施将会对航天器产生很大的破坏，甚至影响航天器的寿命。据统计，卫星充放电效应是威胁卫星在轨安全运行的主要原因，为解决卫星充放电问题，国外已进行了三十多年的卫星在轨带电监测试验，并形成了完整的卫星充放电效应评估和控制规范。目前，随着我国大容量、新技术卫星如高轨通信卫星、高分辨率卫星、北斗导航卫星的不断研制和应用，对卫星的寿命和可靠性提出了越来越高的要求，因此对卫星充放电效应的监测也迫在眉睫。

　　如何去解决这一问题呢？510所自2013年起，开始自主研制高精度、小型化、轻量化的卫星充放电效应监测系仪器，历经3年的时间，于2015年底完成了产品的交付。充放电效应监测仪就像是卫星在太空的“测电笔”.先让我们来认识一下这个小东东。顾名思义，充放电效应监测仪就是监测太空中卫星带电情况和放电现象的仪器，它有两个小兄弟，一个叫做表面电位监测，一个叫做瞬态脉冲监测仪。他们将各司其职，互相配合，检测、记录卫星充放电情况，确保实践十七号安全运行，其监测数据将为我国在轨卫星带电异常预警、卫星电位控制、卫星带电安全管理以及卫星带电防护设计等方面提供依据。

　　充放电效应监测仪这次搭载实践十七号卫星也是它首飞之旅，在卫星充放电效应监测领域具有里程碑意义，其监测数据为我国在轨卫星带电异常预警、卫星电位控制、卫星带电安全管理以及卫星带电防护设计等方面提供依据，搭载试验还可为我国充放电效应监测的技术改进及其在后续卫星的全面应用提供飞行验证经验。

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