电推进系统，也称电推进发动机，其工作原理是先将氙气等惰性气体转化为带电离子，然后把这些离子加速并喷出以产生推进力，进而完成航天器的姿态控制、轨道修正和轨道维持等任务。

概述

（一）定义

1.电推进器

电推进器是利用电能加热或电离推进剂并加速喷射而产生推力的一种反作用式推力器。

2.电推进系统

也称电火箭发动机，是一种不依赖化学燃烧就能产生推力的设备，航天器的电推进系统由电推力器、电源子系统、电源变换器和控制子系统、推进剂储存和输送子系统组成，其中电推力器是电推进系统的核心子系统。

电推进的“电”是相当于化学推进而言；传统的化学推进系统则是通过化学反应将化学能转化为机械能。电推进系统利用太阳能转化为电能，然后电能转化为机械能。

电推进系统主要由三部分组成：电源处理系统（Power Processor Unit, PPU）、推进剂储存与供给系统和电推力器，其典型配置如图所示：

图|电推进系统典型结构图

（二）分类

按照工质加速原理的不同方式，电推进系统大致可分为以下三种：电热式、静电式和电磁式三种类型：

图|电推进技术路线

1.电热式

电热推进（Electro-thermal）顾名思义，是利用电能加热工质并使其气化，经喷管膨胀加速喷出产生推力。这最接近于传统化学火箭的电推进方式。一般又可分为电阻加热式、电弧加热式和微波加热式。其中，电阻加热的原理是利用电阻加热器加热工质，常用工质为肼。

2.静电（离子）式

静电式推力器是利用电能在静电场中离解工质形成电子和离子，并使离子在静电场作用下加速排出。

图|离子推力器电离区和加速区分开，比冲高但技术复杂。

3.电磁式

电磁式推力器是利用电能使工质形成等离子体，在外加电磁场洛伦兹力作用下加速从喷管喷出。

霍尔推进系统是电磁式推进系统一种，是当前热门的两种电推进之一。霍尔推力器的原理是将电子约束在磁场中，并利用电子电离推进剂，加速离子产生推力，并中和羽流中的离子。

霍尔推力器的电离区和加速区在同一处，和离子推力器相比，技术简单但比冲低。霍尔效应是电磁效应的一种，是美国物理学家霍尔研究金属的导电机制时发现的。当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应使用左手定则判断。霍尔推进器中的陷阱电子置于磁场中可电离所携带的推进剂。霍尔推进器包括稳态等离子体推进器(也叫做霍尔效应推进器)和带阳极层推进器(TAL)两种。

霍尔推进器是一种先进的电推进装置，被广泛应用在卫星位置保持和姿态控制领域，并以其结构简单、高比冲(在 10s 数量级上)、高效率(可达 60%以上)等优点成为未来空间飞行器的首选推进装置之一。霍尔推进器可使用多种推进剂，最常用的是氙，其他推进剂包括氡、氩、铋、碘、镁和锌。霍尔推进器主要由两个部分组成，空心阴极和霍尔加速器，其中空心阴极是霍尔推进器的“心脏”部位，主要承担着点火和羽流中和的任务，是决定电推进系统性能的关键组件；霍尔加速器提供推进剂电离、加速区域产生推力。霍尔推力器的寿命则是由两个部分的寿命综合来决定的。

霍尔加速器的寿命可以通过短时间的磨损试验来估测，但是空心阴极的寿命，还没有有效的估测方法。它必须通过1:1的地面寿命来试验，因此空心阴极寿命技术的突破，是霍尔推进系统进入全面应用的基础和前提。按照当前电推进技术路线达到的功率等级，可以做如下分类：

（三）特点

电推进相比传统化学推进有比冲高、省燃料、增加有效载荷等优点。

1.比冲高

传统的化学推进方式通过推进工质的化学反应释放能量使之产生反推力，其比冲范围一般在250~530s之间，代表性技术有单组元推进、双组元推进等。而电推进方式利用电能加热或电离推进工质并使之加速喷出产生推力，最高比冲可达10000s，具备更轻的推进剂质量和更高的比冲量。

2.寿命长

由于比冲高，效率高，省去化学系统中复杂的推进设备，可以携带更多的有效载荷或减少携带的燃料，可以延长推进系统和卫星的寿命。

3.小推力、精度高

由于电推进能源来源于太阳能，功率有限，产生的速度大，推力小，但是可以长时间航行，另外电推进系统引起的振动小，控制精度高。

4.结构简单

相较化学推进，电推进还有一个显著优点是不再需要使用固体或液体燃料，省去了复杂的储罐、管道、发动机燃烧室、喷管、相应冷却机构等，能大幅减少航天器的燃料携带量，从而大幅降低火箭、卫星等航天器的自重。

免责声明：本公众号发布内容部分信息来源网络，本平台不对文章信息或资料真实性、有效性、准确性及完整性承担责任。文章仅供阅读参考，不作任何投资建议，如有侵权请联系删除。