航天科技五院502所攻克电推进媒介加注技术

文章来源:中国航天报 发布时间:2016-02-29

近日,中国航天科技集团公司五院502所对外公布一项科研成果,推动了我国深空探测能力的有效提升。这项成果就是高纯度氙气加注技术。

电推进系统的常用工质

在日常生活中,人们对于氙气的认识可能只停留在某些汽车使用的氙气大灯上。鲜为人知的是,在航天领域,氙气用场也不小。

“离子电推进与传统的化学推进相比,比冲要大10倍。”该所研究员武葱茏告诉记者,对于同样的宇航任务,电推进携带的推进剂约为化学推进的十分之一,甚至更少。

电推进的问世,为人类探索更远的太空提供了支撑。不过,电推进技术的发展需要氙气的帮忙。

“目前,国际上广泛采用的电推进技术主要有两种——离子电推进技术和霍尔电推进技术,无论在哪种电推进系统中,都需要一种能将电能和机械能相互转化的媒介物质。氙气就是这种媒介物质的代表。”武葱茏介绍说。

“我国航天电推进技术想要得到长足发展,想要填补在氙气领域应用的空白,发展氙气技术应用势在必行。”武葱茏表示,该所研发的高纯度氙气加注技术,是对我国航天电推进技术发展的有力支撑。

打响加注氙气攻坚战

去年3月,502所成功绘制出了我国首张氙气物理特性图谱,获得了氙气在不同状态下温度、压力、密度的变化规律,不过这并没有减少研发者在高纯度氙气加注技术研发过程中遇到的困难。

如何将氙气注入卫星中,这是科研人员需要攻克的主要难题。

“地面氙气源的压力可以在自由压力的状态下将氙气源落压填充到卫星中,但当氙气源和卫星压力平衡后,我们就需要想办法将氙气源增压。”该所高级工程师宋飞介绍道。

这个看似简单的过程对于氙气加注工作来说却十分不易。首先,氙气的物理特性非常特殊,在加注过程中要避免固态氙的出现;其次,要保证整个加注过程中氙气的纯度;第三,如果使用传统的增压泵机械加注方式,氙气会将机械做功产生的动能转化为热能,使温度迅速上升。而与之相悖的是,卫星上氙气瓶的温度要求不能超过45度。

为了保证加注这一动作的成功实现,科研人员们创造性地设置了 “中转站”来完成加注。

“中转站”是个转换装置。通过对“中转站”内部降温,使其内部氙气压力随之降低,当低于氙气源的压力时,在压差的作用下,氙气源中的氙气会流入“中转站”。之后,通过“中转站”内部的加热系统,让流入内部的氙气升温,氙气的压力随之升高。当压力高于卫星上的氙气瓶时,同样利用压差的原理,让氙气从“中转站”流出,进入卫星上的气瓶中。

同时,该所科研人员还在无数次试验之后设计出了精密的温度控制系统。这一系统通过对氙气源温度、加注设备温度的严格控制,保证了加注过程中氙气温度满足要求。

去年12月底,该所向相关上级单位展示了这项技术,得到了肯定的评价:为我国电推进技术的正式应用提供了强有力的保障,为我国深空探测的开展铺垫了道路。

“我国航天技术水平的跃升需要创新,我们能为推动我国航天技术的进步贡献一份力量感到骄傲。”宋飞介绍,他们研制团队的座右铭是:“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”。(姚天宇 薛英民)