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标  题: 欧洲的太阳能等离子体发动机
发信站: 哈工大紫丁香 (Wed Jun  2 18:16:53 2004), 站内

    [国家航天局网讯] 今年4月8日媒体报道，法国斯奈克玛公司在一份最新报告
中说，欧洲空间局的月球探测器智慧1号正在顺利地向月球进发，探测器上安装的
由该公司制造的太阳能离子发动机已在太空连续正常运转2000小时，这一纪录向世
人表明了离子发动机的巨大优势。一些专家认为，这种发动机有望广泛应用于航天
领域。

　　探月器首次利用太阳能推进

　　2003年9月27日，欧空局成功发射了它的第一个月球探测器智慧1号，从而使其
成为继前苏联、美国、日本之后世界上第四个能够发射探月器的国家机构。值得注
意的是，智慧1号与一般探月器不同，它的首要任务是验证新的推进技术，其次才
是对月球进行研究和测绘。它是世界上第一个利用太阳能电火箭作为推进装置进行
远距离飞行的航天器。

　　按照预定计划，智慧1号的整个飞行过程分为发射与早期入轨、地球逃逸、月
球俘获和月球观测4个阶段。除了发射采用化学火箭外，包括早期入轨在内的其他
阶段的飞行都依靠太阳能电火箭提供推力来完成。这是它最为突出的特色和亮点。
但是，由于电火箭产生的推力很小，加速很慢，故而进入最终飞行状态需要的时间
要比采用化学火箭所用的时间长得多。

　　智慧1号原名为SMART-1，亦译为小型先进技术研究任务1。它是被欧空局的欧
里安5运载火箭从法属圭亚那库鲁航天发射中心起飞送上太空进入地球同步转移轨
道的，同时升空的还有印度的印星3E和欧洲的e鸟两颗大型通信卫星，这也是欧里
安5的首次一箭三星发射。

　　升空后的智慧1号利用自身携带的太阳能电火箭从地球赤道上空3.6万公里的远
地点开始缓慢地提升轨道高度，大约用16个月的时间逐步逼近月球，最终进入近月
点1000公里、远月点10000公里的月球极地轨道运行。在它进入大椭圆环月轨道以
后，其飞行动力仍然由太阳能电火箭予以提供。智慧1号将绕月运行最短半年、最
长1年的时间，以开展对月球的探测工作。这样，它总计将在太空飞行22个月至28
个月，在此期间随时都对太阳能电火箭进行着考验，目前它仍处于向月球的进发征
途之中。虽然它的太阳能电火箭已在太空连续正常工作2000小时以上，但更长时间
的技术考验还在后面。

　　太阳能等离子体发动机

　　太阳能离子发动机是太阳能电火箭发动机三种类型中的一种，故而又将其称为
太阳能电火箭。太阳能电火箭是正在发展中的新技术，属于非常规推进系统。它与
普遍使用的液体火箭、固体火箭等化学火箭有所不同，是靠太阳能工作，而非化学
能。化学火箭发动机的推进剂把化学能转变为热能，经过喷管的气动热力加速，再
转化为喷射燃气流的动能来产生推力。而太阳能电火箭发动机的工作介质则是通过
太阳能转换成的电能予以加热的方式或这种电能产生的静电场、电磁场的作用获得
动能来实现反作用推进的。

　　为智慧1号提供飞行动力的太阳能电火箭发动机，严格说来并不是太阳能离子
发动机，而是太阳能等离子体发动机。因为它把太阳能转换成电能后产生的不是静
电场，而是电磁场，静电火箭发动机才称为离子发动机，电磁火箭发动机则称为等
离子体发动机。

　　太阳能等离子体发动机的原理是，经过光电转换装置将太阳能变为电能，再通
过结构设计使电能产生电磁场；工作介质在高温下被电离，电子从原子或分子中跑
出，丢掉电子的原子或分子带正电，逸出的电子带负电，它们在总体上是呈中性的
，这就形成了等离子体；呈中性的等离子体具有导电性，与磁场能相互作用，由电
磁感应可以获得产生加速度的力。概括起来说，就是利用太阳能引发的电磁场对载
流等离子体产生罗伦兹力的原理，使处于中性的等离子状态的工作介质加速以产生
推力。

　　在智慧1号的太阳能等离子体发动机上，采用高效的砷化镓太阳能帆板将太阳
光能转换成电能，使用氙气作为工作介质。砷化镓能在高温、高光强下工作，具有
较强的抗辐射能力，氙气是一种稀有的惰性气体。这台新型推进装置被命名为
PPS-1350型等离子体霍尔效应推力器，由法国著名的飞机发动机制造商斯奈克玛公
司研制。它不仅可将太阳能转化为电能并进而产生电磁场，而且能利用电能电离氙
气原子，形成等离子体，再通过电磁场的作用，使氙离子流高速喷出，从而为智慧
1号提供约为70毫牛的推力。

　　这种太阳能电火箭比通常使用的化学火箭效率要高10倍，所需推进剂即工作介
质较少，可使航天器有更多的空间装载有效载荷。由于它利用的是取之不竭的太阳
能，故而能在太空无重力状态下连续运转几年时间。缺点是推力和加速度都很小，
要使航天器达到预定的飞行速度，用时很长。如智慧1号的太阳能等离子体发动机
提供的加速度只有0.2毫米/秒2。它的重要意义在于，假若这次飞行试验成功，今
后就会在更远距离航行的航天器上采用这种推进系统。

　　验证新技术影响深远

　　作为欧洲探月的急先锋，智慧1号外形是一个1570厘米×115厘米×104厘米的
立方体，起飞质量为370公斤，太阳能帆板展开后翼展为14米，提供的电力为1.9千
瓦，造价约1.08亿美元。由于总经费较少，故而大量采用了模块化、通用化设计和
商用现货软硬件，使其成为小型化的杰作。它携带的用于完成10多项技术试验和科
学研究的有效载荷，其质量仅为19公斤。

　　为了掌握太阳能等离子体发动机的实际技术性能，在智慧1号上装置了电推进
诊断组件，用来监测推进系统的工作情况及其对航天器的作用效果。同时，它还携
有航天器电势、电子与尘埃实验件，用以监测推进系统对电子通量、电场和航天器
电势的影响，并研究地-月空间的带电环境。此外，它还载有试验地球与遥远航天
器之间的激光通信技术、实验航天器自主导航计算机技术等的先进设备。总计它要
进行6项新技术试验，其创新性特别明显和突出。

　　就对月球探测和对太阳观测来说，智慧1号装载着6种科学仪器，分别用来测绘
月面地形，寻找月球极坑内的水冰并绘制月球矿产图，研究月球表面主要化学成分
，监测太阳X射线和太阳光变化情况，验证测量行星及其卫星旋转情况的新方法，
近距离观测太阳风对月球的影响。其中重量为3公斤的小型成像X射线光谱仪，可识
别和测绘月面的主要化学元素。它提供的镁铁比例数据将有望为解释月球起源提供
证明，即月球究竟来自何方，是地球分裂出去的一部分，还是地球引力俘获的小行
星。这一探测技术如获成功，将来会被用在行星探测器上。

　　综上所述，不难看出，在智慧1号上所试验的太阳能等离子体发动机等新技术
和它采用的多项探测技术，如被证明达到了预期的效果，那将会对未来欧洲乃至世
界航天技术的发展产生深远影响。(尹怀勤)
 

发布日期：2004-06-02 
http://www.cnsa.gov.cn/


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