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。

行业关键因素

1.低轨卫星星座建设需求

到2029年，地球近地轨道将部署总计约5.7万颗低轨卫星，但低轨道只能容纳约6万颗卫星，资源稀缺性强。低轨卫星所主要采用的Ku及Ka通信频段资源也逐渐趋于饱和状态，可用空间十分紧张。

若目前已获批准的通信星座全数建设完毕，地球低轨的有效资源将所剩无几。在卫星互联网发展初期的当下阶段，战略布局通信卫星正常运行先决条件的空间轨道和频段，加快“抢占”重点太空资源，构建中国“星链”是十分必要且紧急的事情。而电推进系统已经成为低轨互联网卫星的标准配置。

2.航天器对高比冲推进技术的需求

随着小卫星、微小卫星、行星探测器，及深空探测、星际航行等空间探测技术的兴起，要求航天器上的推进系统质量更轻、体积更小、效率更高，因此开展比冲高、构造紧凑、消耗工质少、本钱低廉的推进系统已成为航天技术开展的迫切需要。而电推进技术的推进剂比冲要远远高于传统的化学推进系统，是其几倍乃至十几倍的效率，高比冲的电推进能够大大减少所需的推进剂，从而增加航天器的有效载荷。从而缩小航天器尺寸，降低运载火箭发射要求，尤其适用于深空探测、星际航行等长时间在轨飞行。

行业发展趋势

通过分析电推进技术发展和应用现状可以判断，电推进正朝多模式、长寿命、大功率的方向发展，应用领域也在进一步拓展，全电推进成为GEO平台等发展的重要方向，微小功率电推进技术发展种类逐渐增多，且在低轨卫星上的应用也越来越广泛。

随着人类空间探测的深度、广度不断扩展，以及电推进技术本身的持续提升，电推进正在向更多模式、更大功率、超高比冲、更高性能精度、更低成本等方向发展，以适应不同种类的空间任务的需求。

1.向更多模式方向发展提高任务适应能力

以千瓦级离子电推进、霍尔电推进为代表的现有电推进，一般只能单模式工作，即只有一个工作点，功率、推力、比冲等性能不变，因此，只能承担在轨位保等单一任务，任务扩展、适应能力较弱。近年来，不断发展的GEO卫星平台，其轨道转移、位置保持、姿态控制、离轨等任务，要求电推进完成其中大部分任务甚至全部任务，不同任务对电推进的功率、推力和比冲等性能需求差异大，深空探测任务的不同阶段对执行主推进的电推进性能要求也不尽相同，这就要求电推进必须具备多模式工作能力。

目前，美、俄、欧等新研发的电推进几乎都具有多模式能力，任务适应能力强。如美国BPT-4000多模式霍尔推力器，功率调节比可达22：1，能够适应GEO平台、全电推进平台和深空探测主推进等多种任务的需求。

2.向更大功率方向发展适应大型空间任务

当前，1~5kW量级中等功率霍尔推力器、离子推力器已经成熟应用于GEO卫星、深空探测器等，而以HERMeS、SPT-290、NASA-400M等为代表的数十千瓦级霍尔推力器，已经达到工程样机水平，并且被列入空间任务规划，HERMeS霍尔推力器将应用于小行星重定向任务，NASA-400M 霍尔推力器将于2019年后应用于低轨货运飞船轨道转移、ISS近地轨道空间飞行任务等。随着空间核电技术的突破，空间功率将不再首先，因此，预计5~10a内，将实现数十千瓦级的大功率霍尔电推进的空间应用。

与此同时，未来更大型的空间任务，如载人火星、大型火星货运、行星际探测等任务，对更大功率的霍尔电推进提出了需求，要求功率需达到数百千瓦，甚至兆瓦级，以减小航天器规模，以便能够完成化学推进难以甚至无法完成的大速度增量深空探测任务，扩展空间探索距离。

在此需求牵引下，电推进也正在朝着单台推力器实现高于100kW的大功率方向发展。例如，D-160已经验证了在140kW功率下工作的稳定性，设计功率240kW的X3霍尔推力器，也已经验证了在102kW功率下工作的性能。大功率磁等离子体电推进（MPD、VASIMR），其功率正在向MW级发展。

3.向超高比冲方向发展

国内商业卫星对商用电推进的技术验证和技术创新，从未停歇。对于我们来说，电推进的比冲越高，在执行空间任务期间所需的推进剂就越少，可以带来航天器的质量效益，甚至可以使一些化学推进和现有电推进无法实现的任务变得可行。目前正在发展和应用的电推进技术，其中微小功率的新型场发射电推进，其比冲最高已经可达到10000s左右，大幅降低执行任务所需的推进剂量，减小系统总质量，已在微小卫星上的得以应用。

目前成熟应用的中等功率霍尔电推进、离子电推进，其比冲一般在1500~3500s范围内，可满足当前的空间任务需求。

但是，随着航天技术发展和航天任务规划，未来大型空间货物运输、大型载人/无人深空探测等任务，要求电推进的比冲需要达到8000s左右，功率也需达到百千瓦量级。现有的微小功率、中功率电推进均无法满足要求，因此，超高比冲成为大功率电推进的重要发展方向之一。

正在发展的几种大功率电推进技术中，离子电推进的推力密度和推力功率比均较低，导致其功率超过50kW后的推力器尺寸过大，在工程上难以实现；霍尔电推进的技术成熟度高，因此，仍然是重点发展技术之一。目前，已研制的大功率霍尔推力器单台设计功率已达240kW，试验验证功率为102kW。在超高比冲方面，采用双级阳极层霍尔推力器设计的超高比冲推力器VHITAL-160，其验证比冲高达7667s，可满足深空探测任务需求。

大功率磁等离子体电推进（MPD、VASIMR）也是超高比冲电推进重要技术方向，其比冲均可达到8000s以上，目前已验证的MPD推力器最高比冲超过9000s。MPD、VASIMR电推进适合的单台功率在数百千瓦至兆瓦量级，特别是VASIMR电推进，在百千瓦功率量级其性能较差。同时，两者的技术成熟度目前较低，需要继续深入研究和验证，解决寿命、磁路、性能等限制因素，为未来的空间应用夯实技术基础。

4.向高精度可调节方向发展

电推进具备推力精确可调的优势，但是随着航天规划、空间探索任务的不断发展和提升，要求推进系统所需执行空间任务的控制精度要求越来越高，如微小卫星组网、重力梯度测量、引力波探测等高精度空间任务，均需要推进系统进行精确的姿态控制、扰动精确补偿等。该种类型任务，不仅化学推进无法完成，霍尔、离子等常规电推进也很难完成，因此，对高精度性能调节的电推进技术需求变得明确而迫切。

针对上述需求，国际上正在发展多种新型的电推进技术，不仅将电推力器的推力下探至微牛量级，而且推力的调节可实现更高的精度，甚至实现无级连续调节。此外，也在发展脉冲工作式电推进技术，实现电推进的元冲量精确控制等。

例如，欧洲研制的In-FEEP-25卫星场发射电推力器，推力1～25μN可调节，推力噪声〈0.1μ.N，最小冲量＜5×10-°Ns，可极大地提高微小型航天器姿轨控精度。较为成熟可靠的霍尔电推进技术，国内外均在发展推力大范围连续可调的小功率等离子体电推进技术，德国研制的HEMP-T3050样机，其推力可在20~100mN范围内连续可调。

5.向更低成本方向发展

近几年，1000kg以下的微小卫星已稳定占据所有发射卫星的40%以上，未来，随着国内外多个小卫星星座的发展，种类繁多的科学探测任务的规划提出，微小卫星的发射占比将越来越高。

同时，近几年商业航天快速发展，涌现出以SpaceX、蓝色起源为代表的成熟的商业航天公司。

微小卫星和商业航天不仅对小功率电推进提供明确而迫切的需求，而且要求电推进系统的成本尽量低，以适应商业航天的发展需要，以及成百上千颗微小卫星的批量应用与发展。

电推进为了实现更低成本，首先针对目前成熟应用的电推进种类，向微小功率发展，如50~400W级小功率霍尔推力器、离子推力器等，具有技术成熟高、研制风险低、研发周期短、成本低的优势，可快速实现空间应用。如美国研制的50~300W的BHT200霍尔推力器即是继承5kW的BHT-4000霍尔推力器研发而来，已经成功应用于TacSat2快响应小卫星上。

其次，发展新型的电推进技术，如微阴极电弧推进技术，其系统可高度集成化和模块化，以降低研发和应用成本。

此外，对于发展的小功率霍尔、离子等电推进技术，在确保推力器性能的前提下，研究采用更低成本的推进剂，如氪气、固体推进剂等，来代替成本高昂的氙气推进剂，从而进一步降低成本。

美国SpaceX公司的StarLink小卫星星座计划，已于2019年5月成功发射60颗左右卫星，其星上配置的百瓦级小功率霍尔推力器，均采用低成本的氪气作为推进剂，极大地降低了应用成本。

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