离子推力器，又称离子发动机，又称“静电推进”

离子推力器，又称离子发动机，为空间电推进技术中的一种，其特点是推力小、比冲高，广泛应用于空间推进，如航天器姿态控制、位置保持、轨道机动和星际飞行等。其原理是先将气态工质电离，并在强电场作用下将离子加速喷出，通过反作用力推动卫星进行姿态调整或者轨道转移任务。离子推力器具有比冲高、效率高、推力小的特点。与传统的化学推进方式相比，离子推力器需要的工质质量小，是已经实用化的推进技术中最为适合长距离航行的。离子推进器是一种动力装置，可为航天器提供动力。其性能为推力、比冲和效率，通常是在保证推力和比冲的条件下，用效率来评价其性能。

离子推进器是电推进的一种，其特点是推力小、比冲高，广泛应用于空间推进，如航天器姿态控制、位置保持、轨道机动和星际飞行等。

离子推进利用工质电离生成离子，在静电场的作用下加速喷出，产生推力，所以又称“静电推进” 。离子推进的加速原理比较简单，从理论上讲，在加速过程中没有能量损失，因此，效率较高，在1kV 的加速电压下，就可以获得数千秒的比冲。离子推进是开发时间最早、地面和空间飞行试验都比较充分的一种电推进。

离子推进早在1965年，就开始进行了SERT-Ⅰ空间飞行试验，1970年进行了SERT-Ⅱ空间飞行试验；1997 年起，在商业卫星上正式应用；1999 年首次用作航天器的主推进系统。

随着要求卫星的工作寿命越来越长，特别是大型通信卫星，其寿命长达15年，为保持轨道定点位置，所需的推进剂越来越多，大量挤占了有效载荷的重量。因此，大型通信卫星的推进系统改用电推进已势在必行。此外，小卫星的普遍兴起，对电推进（包括离子推进）也提出了需求。

传统的火箭是通过尾部喷出高速的气体实现向前推进的。离子推进器也是采用同样的喷气式原理，但是它并不是采用燃料燃烧而排出炽热的气体，不采用化学燃烧方式，而是通过电能作用于工质激发高速离子流向后推进。它所喷出的是一束带电粒子或是离子。它所提供的推动力或许相对较弱，但关键的是这种离子推进器所需要的燃料要比普通火箭少得多。只要离子推进器能够长期保持性能稳定，它最终将能够把太空飞船加速到更高的速度。

相关技术已经应用到一些太空飞船上，比如日本的“隼鸟”太空探测器，欧洲的“智能1号”太空船和美国的”黎明号“等，而且技术已经取得了很大的进步。未来最有希望成为更远外太空旅行飞船推进器的可能就是VASIMR等离子火箭。这种火箭与一般的离子推进器稍有不同。普通的离子推进器是利用强大的电磁场来加速离子体，而VASIMR等离子火箭则是利用射频发生器将离子加热到100万摄氏度。在强大的磁场中，离子以固定的频率旋转，将射频发生器调谐到这个频率，给离子注入特强的能量，并不断增加推进力。试验初步证明，如果一切顺利，VASIMR等离子火箭将能够推动载人飞船在39天内到达火星。

离子电推进发动机的特点是加速力和加速度都很低，可能会只有几十毫牛顿和几厘米/平方秒。有人形容这种推力只能“吹动一张纸”。但与化学火箭极短的燃烧时间不同，电推进火箭提供的加速时间可以很长，因此发动机比冲很大，就是说同样质量的工质能提供更大的总推力和最终速度。另一方面，卫星的调姿和变轨，微小推力往往就已足够。

离子推进器是一种动力装置，评价性能的方法是在保证其推力、比冲的条件下，评价效率的高低，效率越高，说明推进器性能越好，直观表现为在一定的推力和比冲下，离子推进器所消耗的功率越小，那么性能就越优。在进行离子推进器性能评价时，首先要测量推力和比冲，然后再测量或推算效率，或者说是测量推进剂的利用率和所消耗的电功率。

离子推进器的推力较小，通常在毫牛顿级，目前国外测量离子推进器推力的方法大致有两种：一种是直接测量，另一种是用公式计算。由于推力较小，在地面测量时，因为重力、电缆引线和推进剂管路等的影响，会造成较大的测量误差。为了提高推力测量的准确性，一般采用直接测量和公式计算相结合的方法来测算。一般来说，在产品开发研制初期，可以采用公式计算法计算推力，在产品基本定型后，再直接测量推力，并与公式法进行比较。目前国外测量微小推力，应用较多的是采用微量天平和激光干涉法测量微小位移，早期还有倒摆和扭摆等机械式位移测量法。我国开发了天平法来测量微小推力的方法，但是在测量离子推进器的推力时，由于等离子体的影响，使测量系统产生放电打火现象，影响测量结果。推力直接测量法的测量系统都比较复杂，而且测量过程也繁琐，在测量时，不但需要对系统进行在线校对，而且还会产生噪声干扰而影响测量精度，离子推进器工作产生的等离子体也会对微量天平产生影响，甚至使天平无法正常工作，还需要进行屏蔽处理。评价离子推进器性能，除推力外，还需要测量比冲，推进剂流量和消耗功率。欧盟在对RIT－XT射频离子推进器进行性能评价时，主要对其推力、比冲、推进剂利用率（不包括中和器流量）和总功耗进行了测量。

离子推进器将电能和氙气转化为带正电荷的高速离子流，金属高压输电网对离子流施加静电引力，离子流获得加速度，加速后的离子使推进器获得时速高达143201千米的速度，推动航天器前进。离子发动机的燃烧效率比常规化学发动机的高大约10倍。

自2012年起，经过1万小时运转后，中国成功在“实践9号”科学卫星上完成XIPS-20氙离子推进器的测试工作。该推进器直径只有200毫米，重140千克。离子推进器的主要优势是，尽管与化学燃料发动机比，离子推进器的推动力相对较弱却稳定、高效，使用燃料较少。在太空探索中，小直径的离子推进器也能减小卫星的质量。[4]  我国发射的“实践9号”携带的卫星上第一次使用了离子电推力技术，从此为我国的航天技术开启了一扇新的大门。此前该种技术一直被美俄等航天强国所垄断 [5]  。

研制部门是兰州空间物理研究所（510）所的科研团队。510所是国内最早开展电推进技术研究的单位，早在1974年就开始研制离子电推力系统，到了1986年研制了80毫米汞离子电推进，该成果于1987年获得了国家科技进步一等奖，在当时达到了国际领先水平，产品水平不弱于从上世纪50年代就开始从事此方面研究的美国。可这反而成了离子电推进系统由胜转衰的时候。由于当时科学技术的制约，以及美国也没有开始应用，国家相关部门决定不再从事离子电推进系统的研究。而这一放就是十年。但是510所看好这项技术在未来的发展前途，并没有解散这支科研队伍，通过自筹资金一直维持着这支科研队伍。并于1988年至1993年期间研制成功了90毫米氙离子电推进系统。

实践9号A星携带的离子电推进系统首次点火成功，稳定工作3分钟，随后又进行了第二次点火，稳定工作了近4分钟，实践九号A星离子电推进系统飞行试验取得了开门红。整个离子电推分系统包括1个推进剂贮存模块、1个调压模块、4个流量控制模块、4台离子电推进器以及其他附属设备，系统干重约140千克。单台离子电推进器额定推力40毫牛，比冲3000秒左右，工作寿命在10000至15000小时之间，达到了国际先进水平  。

新型推进器

新型离子推进器研制计划是在“深空1号“探测器任务成功完成的基础上制定的。1998年美国发射一个以验证先进飞行技术为目的的“深空1号“探测器。该探测器由一个直径3.048分米的离子推进器提供动力，在为期20个月的飞行任务期间，航天器达到了12711千米的时速。“深空1号“飞行任务的成功是向大功率离子推进的广泛应用迈出的第一步。与“深空1号“离子发动机相比，NASA更高性能氙推进离子发动机可携带的有效载荷要多得多，寿命更长一些。

太空内推进计划寻求研制先进的推进技术，以便极大降低NASA的科学任务的成本、减少质量和缩短行进时间。

离子发动机

离子发动机，也就是通常所说的“电火箭”，其原理也并不复杂，推进剂被电离成粒子，在电磁场中加速，高速喷出。从发展趋势来看，美国的研究范围几乎覆盖了所有类型的电推力器，但以离子发动机的研制为主，美国宇航局在其中扮演了最活进技术应用及准备计划”。1998年10月美国宇航局发射的空间探测器“深空1号“率先实现了以离子发动机系统为主推进，这标志着电推进的应用进入了一个崭新阶段。“深空1号“在离子推进系统工作期间，其自主导航仪能够根据太阳电池阵产生电能的模型和器载设备功耗的情况，选择推力器的节流级，调节推力大小。在一般情况下，弹道机动和中途修正也由离子推进系统来执行。

欧空局已经将电推进作为未来十大尖端技术之一。法国正在研制稳态等离子体推力器，欧空局准备应用氙离子推力器。欧空局向月球发射SMART－1探测器的目的之一就是验证如何利用离子推进技术把未来的探测器送入绕水星运行的轨道。

俄罗斯的稳态等离子体推力器得到了实际应用。日本的电弧加热式推力器已在空间自由飞行器上通过在轨测试。

国际电推进研究对象还扩展到了一些采用新的工作原理的推进方案，如采用微加工工艺成型的微型离子器、采用等离子体气体聚变的推力器等。而所有这些项目大多得到了政府和大公司的资金支持。

核推进火箭

国际上核推进技术的研发也已崭露头角。核推进火箭提供的最大速度增量可达到每秒22千米，可以大大缩短探测器到达月球的时间。运用核推进火箭，探测器到达土星的飞行时间只需要3年，而传统航天器则要花费7年的时间。核推进火箭非常安全而且有利于环保，这一点与人们平时的想象相反，因为发射核火箭时，放射性并不强。载有核助推器的空间探测器可作为普通化学火箭头部的有效载荷被发射出去，当有效载荷进入地球高轨道(即大约800千米以上)时，核反应堆开始工作。

制造核动力火箭发动机所需的技术并非遥不可及。美国已经设计出一种小型核动力火箭发动机，称为微型核反应堆发动机，大约还要6～7年可制造出来。美国宇航局表示，它在月球探测技术方面想做的主要是加速包括核能推进在内的新推进技术的研发工作。在美国宇航局2003财年预算草案中，有4650万美元用于核推进研究；有7900万美元用于航天器核反应堆研制。

在月球探测中，缩短到达月球的时间，使观测卫星能以较少的推进剂携带更多的观测仪器等要求，都会使电推进、核推进等高效推进技术成为最重要的技术而得以更快地发展。

发展趋势

小型化轻便化

高效能源变换技术将朝着小型、轻便太阳电池方向发展。在传输技术方面，未来将开发微波或激光能源传输技术，包括从月球探测器，从月球上的能源站到月球探测器等的能源传输。

由于传统控制技术越来越难以满足航天器月球探测任务多样性和姿态控制、轨道控制的高性能指标要求，先进航天国家早在20世纪80年代就着手发展航天器智能自主技术，并在自己的空间探测计划中逐渐增大了对智能自主技术的投入力度。

在轨智能自主技术

欧空局较早就展开了在轨智能自主技术的研究。美国宇航局“新盛世”计划把智能自主技术放在首位，旨在研制自主航天器，使深的依赖。俄罗斯和日本的航天研究机构，在自主技术方面也都开展了研发工作。印度宇航界也非常重视具有自主功能的软件的开发。

先进航天国家在“战略规划→研究开发→型号应用”各个层次都非常重视探测器智能自主技术。他们往往按照“走一步、看一步、想一步”的三步曲进行发展，即利用先进成熟技术做当前之事，与此同时大力开发试验下一步先进技术，同时还要想到更远的需求以便提早作技术发展的战略规划。

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