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“神州十二号”凯旋,电推进助力“天和”,振奋人心
2021-09-21 16:30  

2021917日神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场预定区域安全着陆,聂海胜、刘伯明、汤洪波三名航天员安全顺利出舱,神舟十二号载人飞行任务取得圆满成功。神舟十二号航天员乘组在空间站组合体工作生活90天,刷新了中国航天员单次飞行任务太空驻留时间的纪录。

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1 神舟十二号载人飞行任务取得圆满成功

此次航天任务的圆满完成离不开先进自主可控的航天技术。以动力技术为例,中国载人空间站“天宫”的核心舱“天和”使用了电推进的重要类型——霍尔推力器。霍尔推力器是一种将电子约束在磁场中,并利用电子电离推进剂(常用氙气),加速离子产生推力的动力装置。霍尔推力器目前已被广泛应用在卫星位置保持和姿态控制领域,并以其结构简单、高比冲(在10000 N.s/kg量级以上)、高效率(可达60%以上)等优点成为未来空间飞行器的首选推进装置之一。

2 电推进工作示意图

365体育官网微纳卫星与先进空间推进技术团队在夏广庆教授带领下针对电推进开展了系列研究。研究生范益朋、韩亚杰、张军军、李嘉惠等设计并研制了低功率高性能霍尔推力器,首先对初步设计的霍尔推力器进行仿真模拟,确保所设计霍尔推力器的磁场构型及各项参数等满足推力器正常工作需求;接下来考虑实际研制加工条件,部分加工难度极大的零件需要重新设计,使其易于加工,同时再结合仿真结果,完成原方案的优化设计;最终对所设计的推力器进行工程图纸绘制,根据推力器工作环境,对推力器的各部件进行选材,完成推力器的加工制造。

3 霍尔推力器磁场仿真图

霍尔推力器设计示意图

2021年世界大学生立方星挑战赛中,研究生叶靖宇、周鹤等设计了一种基于可分离霍尔推力器的探月立方星。由于立方星的体积、质量及功耗限制,常用的化学推进不适用于立方星的地月转移任务。因此,本方案采用一款比冲为12000N.s/kg的霍尔推力器将起始质量为50kg的整星从GTO轨道经过约228天的飞行后推到轨道高度为200km的月球极地轨道,整个过程中推力器消耗约18kg的氙气。整星到达月球极地轨道后,采用霍尔推力器的推进模块将从整星上分离,并利用剩余的氙气逐渐降低轨道高度直到撞击月表。

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5 采用霍尔推力器的探月立方星设计图

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6 采用霍尔推力器的探月立方星轨道仿真

365体育官网在航空宇航科学与技术领域的创新发展中不停前进,积极培养电推进和卫星总体设计专业方向人才,以期为我国载人航天事业贡献一份力量。

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