国科大杭高院联合研制的首个卫星载荷踏上太空之旅

2022年7月27日12时12分，中国科学院自主研制的“力箭一号”运载火箭在我国酒泉卫星发射中心成功首飞，并顺利将空间新技术试验卫星（SATech）等六颗卫星送入预定轨道。空间新技术试验卫星由中科院微小卫星创新研究院研制，搭载20余项尖端科学有效载荷与新技术产品，其中包括新开发的紧凑型氪氙霍尔效应电推进系统（Compact Krypton Xenon Hall Effect iON Engine, CKX HEiE），该系统由国科大杭州高等研究院引力波精密测量实验室和新加坡南洋理工大学等离子体源与应用中心联合研制开发。

　　“力箭一号”起飞

　　中国科学院“力箭一号”首飞工程运载试验队和卫星试验队

你知道卫星推进器吗？简单来说，如果把卫星比喻成一辆汽车，推进器就相当于发动机，它负责为卫星提供动力，包括实现卫星的变轨、姿态控制等需要。

既然是推进器，那么用什么“燃料”自然是非常关键的。相较于传统的化学推进器和冷气推进器，电推进器更具有广阔的应用前景。不过电推进器也是需要“燃料”的，只不过这种燃料并不是传统意义上的，能够发生化学燃烧的燃料，而是推进剂或者说是推进工质。

　　新型霍尔电推进系统

目前，我国使用的电推进发动机主要是以氙作为推进剂。而此次国科大杭高院联合研制的新型霍尔推进器，则是加入氪气，使用氪气和氙气双工质的电推进飞行验证，这在我国尚属首次。对比氙气，氪气的优势是生产成本非常低，它的价格只有氙气的约十分之一，可以大大降低推进系统的成本。

在遥不可及的太空，一次性能携带多少“燃料”就决定了这颗卫星能运行多久。因此，在有限的空间携带足够多的燃料就显得至关重要。此次，系统所携带的高气压气罐，就用到了目前非常前沿的金属3D打印技术，它能在有效的“较小空间”内存储大量“燃料”，即推进剂，以便尽可能延长卫星的运行寿命。

　　氪气和氙气工质羽流

还值得一提的是，为了保证推进器更加准确、安全、可靠地运行，系统自带的惯性传感单元和空间大气监测系统也发挥了重要作用。惯性传感单元可以实现推力自测，以便更准确地执行卫星给予的“推力”指令。而空间大气监测系统则是一个“保护系统”，通过监测数据做出及时调整，以防止卫星遭受宇宙中太阳风暴、宇宙射线等复杂环境的干扰。

　　推进器安装于卫星平台

另外，该新型霍尔推进器具有高推功比、深度节流、超高比冲下的多种运行模式，超快点火及快速推力输出响应，氪气和氙气双工质三种运行模式等特点，同时在同类产品中具有相对较小的质量和尺寸。系统还配备了一个高精度微霍尔效应推力装置，用于空间引力波探测无拖曳控制微牛级推进相关技术验证。

　　国科大杭高院数理学院微霍尔科研团队

另据了解，力箭一号运载火箭是中国科学院自主研制的一型固体运载火箭，是我国迄今最大的固体运载火箭，在运载能力、入轨精度、设计可靠性、性价比等方面迈入世界固体运载火箭领域先进行列，作为中小型卫星发射优先选择，丰富了我国固体运载火箭发射能力谱系。