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氙气在空间和卫星产业中的应用



用于卫星发射的离子发动机和离子浆推进器使用燃料氙气,由于氙气重量和密度很重,重量约是空气的4.5 倍重,主要用作卫星的轨道位置保持和机动控制。

在离子发动机磁腔的尾部,有一对分别带正电荷和负电荷的金属网,正电荷和氨离子产生的强大电磁推力把缸离子高速(约100 OOOkm/h )喷射出去,并因此产生反冲力推动飞行器向前运动。它的推力比化学燃料发动机要小得多,全速运行时,离子发动机每消耗2500W 电能只能产生l/llOkgf的推力,但是它可以长时间运转几个月甚至几年,结果,飞行器最终获得的速度可达化学燃料发动机所能达到的10 倍。

氙气的非冷凝性质,使离子火箭发动机几乎可以立即起动或关机,简化配电系统和绝缘器设计。

氙作为推进剂有以下优点:无污染,不与航天器表面材料产生化学反应。无毒,不会、污染空间环境和地球生物圈。确保地面试验人员的健康和实验室内外环境的净化。能够利用现有地面真空、低温环境试验设备。氙离子火箭发动机的应用范围已经从早期的静地轨道卫星南北位置保持扩大到姿态控制、轨道机动、非推进应用作等离子体开关和行星际航行。采用氙粒子发动机,其比冲是通常使用的双组元发动机的12 倍。比冲是推进效能的衡量指标,对于相同的卫星来说,采用氙粒子发动机只需比双组元推进系统少得多的燃料即可完成卫星的姿控与轨控。通常;一颗卫星的氙粒子发动机是由4 个值气罐( 2 : 2 备份)和2 个功率处理器组成,从而完成卫星的轨道位置保持。每个氙粒子发动机每年仅消耗2.5 kg 燃料,因此每年卫星轨道保持仅需消耗5 kg 燃料。对于一颗15 年寿命的卫星而言,采用缸粒子发动机将节省90% 的推进剂质量,约280-350 峙,因而可以大大节省卫星的发射价格,或可以用于增加更多的卫星转发器,或用来延长卫星的寿命,这将带来巨大的经济效益。

氙粒子可产生更大的推力,且由于其惰性特点,使得它既不易腐蚀,又安全。20 世纪90 年代中期,这一技术已开始用在各种不同的卫星上,般卫星要使用60 000 L 氙气,西方国家运行的通讯卫星系统和无人探测卫星是债的较大消费领域。


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