兰州日报全媒体记者孙莉
12月27日，实践二十号卫星搭载长征五号遥三号运载火箭在海南文昌卫星发射中心成功发射。
此次实践二十号卫星搭载的LIPS-300离子电推进系统由中国航天科技集团公司五院510研究所（以下简称510院）研制。 具有完全自主知识产权，是支撑实践二十号卫星的关键部件。 卫星优良性能的核心技术也是评价通信卫星先进性的关键指标。 本次任务，它将完成在轨轨道控制、轨道转移等任务，还将进一步验证其寿命、比冲等指标。
产品水平达到世界一流水平
什么是离子电推进系统？ 它与以往使用化学燃料的推进器有什么区别？ 510研究所所长王晓军告诉记者，所谓离子电推进系统就是俗称的电火箭，是一种非常规推进系统。 它利用电能将工作流体离解成带正电的离子和带负电的电子，然后通过加速离子获得推力。 它的排气速度非常高，达到每秒数十公里、数百公里，甚至更高。 传统的化学推进是通过尾部喷射高速气体实现向前推进。 离子推进器也采用同样的喷射原理，但它喷出的并不是燃料燃烧喷出的炽热气体，而是一股高速离子流。 它提供的推力可能比较小，但关键是这种离子推进器比普通化学推进器需要的燃料要少得多。 只要离子推进器随着时间的推移保持稳定，它最终就能将航天器加速到更高的速度。
王晓军介绍，目前，电力推进系统的应用已经成为国际通信卫星是否先进的标准。 国际航天界已达成普遍共识，没有电力推进系统的卫星将缺乏竞争力。 “与航天器使用化学燃料排出热气体的推进方式相比，电力推进技术具有显着减少推进剂燃料、定位更加准确等优点。”
此次实践20采用的离子电推进系统由4台LIPS-300离子推进器组成，可用于完成卫星固定后整个生命周期的位置保持任务。 510所自2015年初开始承担这一任务，仅用一年时间就完成了飞行产品的研发和AIT阶段的测试。 而且，系统所采用的大发射电流空心阴极、环尖场放电室技术、精密栅极元件设计与制造技术、高压大功率功率处理单元技术等均为510所自主知识产权，打破了这些技术在国际上处于垄断地位。
“LIPS-300在实践二十号上的应用具有划时代意义，标志着我国航天器飞行能力达到世界一流水平，这也是我国建设航天大国进程中迈出的新一步航天强国。” 该技术突破已得到应用。 对于落户兰州的510所来说，更体现了我们在国家科技创新、建设航天强国征程中的使命和贡献，我们为此感到自豪。”
多重突破打造最新产品
实践二十号卫星是东方红五号卫星公共平台首颗飞行试验卫星。 该平台对标国际先进同类卫星平台，要求在未来5至15年具有较强的竞争优势。 LIPS-300离子电推进系统是Dong-5平台的标准配置。 是保证平台先进性的核心子系统。 这也是二十号卫星实施最重要的在轨验证项目之一。
目前，电推进技术已成为高轨通信卫星的主流推进技术。 国际上，电力推进系统的采用被视为大容量、长寿命、低成本通信卫星平台进步的重要标志。 为提高我国通信卫星技术水平，增强国际竞争力，东方红五号卫星公共平台、全电推进平台（DFH-4SP）等新型GEO卫星平台确定采用电力推进系统承担在轨姿态控制和轨道转移任务。 任务。 作为东方红五号平台首颗试验卫星，实践二十号卫星采用了510所研制的LIPS-300离子电推进产品。该产品是一款大功率、高性能、长寿命、多模式电推进产品。针对我国新一代卫星平台的应用需求而开发的推进产品。
510所电推进事业部总经理耿海告诉记者，LIPS-300离子电推进系统的核心单元离子推进器从研制之初，各项性能指标就充分对标技术水平世界一流。 需要具备两种工作模式，才能实现最大推力200毫牛顿、最大比冲4000秒、累计寿命20000小时的高指标要求。 满足在轨姿态控制、部分轨道转移等多任务需求。 与上一代产品相比，LIPS-300在推力、功率和寿命方面都有了很大的提升。 由此带来的放电室性能、栅极稳定性、阴极发射能力、可靠性和寿命保证的设计难度也显着增加。 为了完成任务，510所研发团队不断攻坚克难。 与上一代产品相比，LIPS-300离子推进器在推力、功率、寿命等方面面临着更高的挑战。510所研究人员经过大量实验，成功LIPS-300实现了“四大突破”，即：高性能四极环尖端场放电室技术、三栅极设计和精密制造技术、大发射电流空心阴极技术以及高可靠性和长寿命的推进器。 设计技术，成功完成了LIPS-300的研制物理资源网，实现了目标国产推进系统的两个第一：高比冲和长寿命。
高比冲是这款LIPS-300离子推进器的重大突破。 那么什么是比冲量呢？ 比冲是单位推进剂产生的冲量。 比冲越高，修正轨道消耗的推进剂就越少。 LIPS-300离子推进器最大比冲可达4000秒。 这是什么概念？ 例如，过去采用化学推进时，5吨重的卫星重量的60%是化学燃料。 如果采用这项技术，重量可减轻2.5吨！ 这意味着原本一次只能发射一颗化学推进卫星的运载火箭现在可以用来发射两颗具有相同功能的卫星。 使用LIPS-300电力推进的卫星仅在发射成本上就有50%的折扣。 其他潜在的好处很难估计。 比冲4000秒是目前国产推进系统在航天应用的最高技术指标。 为了完成这一任务，510所研究人员在国内电力推进技术领域首次引进并改进了四极环尖场技术，实现了这一技术的核心在于协调磁场之间的耦合关系。和等离子体放电离子推进器，从根本上打破了原有三级场放电室的局限性。
长寿命是LIPS-300离子推进器的另一个重要特点。 此次任务中，LIPS-300离子推进器除了保证单颗卫星轨道维持任务外，还需要满足轨道转移的任务要求，这就要求推进器满足2万小时的技术指标。 针对这一问题，开发团队先后尝试了可变孔径技术、应力消除技术、微间距热控制技术、微间距高压绝缘技术等，并创新性地采用了三栅极设计。 为了验证这项技术的有效性，在510所在的地面上进行了热真空测试、1:1寿命测试等。 开发团队的成员清楚地记得测试设备刚建成的时候，以及测试人员在寒冷的冬天里的坚持，也依稀记得夏天时洁净室空调出现故障，汗水浸湿了记录单。 当2万小时地面寿命评估实验完成时，开发团队成员笑称，他们已经和推进器一起经历了热循环和冷循环。 无数个日日夜夜，LIPS-300离子推进器在实验舱内散发着微弱的光芒，犹如一轮明月，安静而美丽。 开发者称其为“他们心中最美的月亮”。
离子电推进系统是航天发展的必备
“LIPS-300离子电推进系统肩负着多么重要的任务？一方面，离子电推进的比冲量是常规化学推进的十倍以上，可以让卫星携带更多的有效载荷；另一方面“LIPS-300离子电推进系统成功为卫星‘瘦身’，可将卫星携带的推进剂减少90%。”耿海表示，与常规动力相比，电推进系统的优势非常显着。 一方面，目前我国发射的航天器一直在使用化学燃料进行空间推进工作。 为了完成变轨、姿态调整和南北位置维持等任务，卫星需要携带大量燃料。 电力推进系统的使用可以显着减少卫星和探测器携带的燃料量。 卫星也将被“缩小尺寸”，节省下来的空间可以承载更多的有效载荷。
“卫星携带的‘干粮’较少离子推进器，多余的空间可以得到充分利用，产生巨大的经济效益。” 王晓军说道。
在谈到电力推进技术未来发展方向时，王晓军表示，未来发展空间广阔。 他指出，未来电推进技术将更多地应用于通信卫星、深空探测、引力波探测、大型空间站等领域。为了推动电推进技术的进一步发展，510将投入更多的研究建立专门针对电力推进技术研究和产品开发的新研究基地。