大名鼎鼎的Space X公司，航天发射领域的搅局者，又要来“颠覆”业界规则了。他们前段时间推出了一种已经实用化的电推系统，一下子把原本昂贵的电推工质氙和氪打下神坛。
(相关资料图)
（氩电推系统工作时的情景，仿佛带光源的音响）
2月28日，美国Space X公司发射了新一批星链卫星，也就是星链卫星V2 MINI。星链卫星V2 MINI最大特点就是采用了氩电推系统，整体性能比前一代星链卫星有明显提高。
按照SPACEX公司提供的信息，每颗卫星安装的氩电推进器重2.1千克，推力170毫牛，比冲2500秒，功率为4.2kW，总效率达到了50%。这组数字其实并不算多惊人，很多电推进器都有更好的数据。
（英国应用融合系统公司2020年测试的氩电推进器）
不过氩电推进器的优势不在于性能，与现有的氙或者氪推进器相比，氩电推进器最大优点就是成本极低。氙电推使用的高纯度氙气，1公斤价格高达上万元，而1公斤高纯度氩气却只要几块钱，差了几千倍的价格，让氩电推进器的运用门槛一下子降了下来。这样氩电推进器就可以装上星链这类低成本的小卫星，也为星链的大规模布置和运用打下了坚实的基础。
（等待发射升空的星链V2mini卫星）
所谓氩电推进器正确的说法应该是采用氩为工质的霍尔推进器，而霍尔推进器又是电推进器的一种。电推进器是以电能作为能量，让工质离子化，然后在电场之中加速，形成离子流，离子流高速冲出发动机，从而让航天器获得动力。
（NASA为深空 1 号航天器开发的2.3 kW NSTAR霍尔推进器）
电推进系统与传统化学能推进相比，能量密度更高，比更大，结构也更加简单。传统化学能推进例如火箭发动机比冲只有2-5千米/秒,这样就导致它的能量密度低，载荷系数小。1枚起飞重量上百吨的运载火箭，载荷只有12吨。
电推比冲可以超过10千米/秒，甚至达到100千米/秒，这样航天器采用电推进系统，速度更快，运载能力更强。另外电推系统没有复杂的道路和控制系统，还能腾出宝贵的内部空间，用来安装其他系统和设备。
不过现在电推系统最大的问题还是电源及能量转换问题。这个问题导致电推系统推力非常小，现在电推系统推力单位以牛甚至毫牛来计算，有人戏称在地球上这个力只能推动一张纸而已。不过在太空之中，没有空气，因此不存在空气阻力，这样的推力已经能够推动航天器进行运动。
（霍尔推进去原理图）
由于电推系统空间小、能量密度大，因此它在人造卫星、深空探测器上面运用比较广泛。许多航天器已经安装了电推系统用于飞行动力、轨道保持等用途。进入新世纪，微小卫星异军突起，例如星链，这些卫星大多工作在近地轨道。
尽管这里空气非常稀薄，但是还有一定的阻力存在，微小卫星还是需要定期开启发动机，保持轨道稳定。但是微小卫星空间小，载荷低，安装传统火箭发动机困难较大，这样电推系统就成为它们的首选，所以我们看到星链卫星就采用了电推系统。
（星链2卫星已经安装了霍尔推进器）
前面说过电推系统采用气体作业工质获取前进能量，现在电推系统普遍采用的工质是氙气，主要原因是氙气容量被电离，化学性质稳定，因此用于电推工质的话，推进效率高。不过它的缺点也非常明显，那就是氙气太昂贵，大气之中氙气含量极低，每立米空气大约只有0.09毫升氙气，提纯氙气异常困难，这样就导致它的成本和价格居高不下。
为了降低成本，有些电推系统用氪气替代氙气，每立方米空气之中大约有1.5毫升氪气，因此它的价格比氙气要便宜一些，不过对于大量应用的卫星来说，还是太高。
（四种惰性气体作为推进剂）
此次SPACEX公司首次将氩气作为电推系统工质。氩气是我们非常熟悉的一种稀有气体，电焊就用它作为保护气体。氩气在大气之中含量达到1%，获得非常容易，直接从空气中提纯，所以它的成本和价格非常低。如果用来做电推工质能够有效降低制造和使用成本，不过氩气电离效率较低，从而推进效率不如氙，因此Space X公司此次可以看作性能向成本作出的妥协。
（三种国产霍尔推进器）
中国相关单位从上世纪60年代就开始空间电推系统研究，70年代实现技术突破，完成空间电推系统样机，90年代开始着手在航天器上面应用电推系统。2012年国产实践-9卫星配备国产HET-40霍尔电推系统发射升空，成功进行了在轨电推测试，圆满完成了各项试验任务，标志着中国已经掌握空间电推系统技术。
（国产HET-450空间霍尔电推系统）
现在中国航天器已经广泛应用电推系统，例如中国太空站就配备有4台国产HET-80空间霍尔电推系统。2022年中国大功率空间霍尔推进系统取得技术突破，国产HET-450空间霍尔推进器在地面试验之中推力达到4.5牛，功率超过100KW。另外它也在降低工作和价格方面进行了尝试，也可以使用氪气作为工质。
（天和核心舱HET-80霍尔电推）
随着国产微小型卫星发展，特别是我们也要建立星链这样的微小型卫星星座，因此相关单位应该也在探索降低进一步电推成本和价格，因此未为国产电推系统可能也会采用氩气作为工质。
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