4先进空间推进技术发展思路.ppt

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1、先进空间推进技术发展思路先进空间推进技术发展思路上海空间推进研究所上海空间推进研究所张民庆张民庆 洪洪 鑫鑫中国宇航学会液体推进专委会暨集团中国宇航学会液体推进专委会暨集团科技委液体及特种推进专业组研讨会科技委液体及特种推进专业组研讨会2014.10，北京，北京 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion1、前言2、国外发展情况3、国内进展情况4、后续发展重点分析5、结论主 要 内 容 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion1、前言 上海空间推进研究所Shanghai Institute

2、 of Space Propulsion1 1、前言、前言定义及分类定义及分类定义定义 空间推进是指用于航天器轨道转移和姿态控制，以及运载器、上面空间推进是指用于航天器轨道转移和姿态控制，以及运载器、上面级、武器的辅助控制和机动的推进。级、武器的辅助控制和机动的推进。 空间推进在航天器上主要作用为轨道机动、位置保持、姿态控制、空间推进在航天器上主要作用为轨道机动、位置保持、姿态控制、动量轮卸载、阻力抵消等。轨道机动要消耗较多推进剂，姿态机动要求动量轮卸载、阻力抵消等。轨道机动要消耗较多推进剂，姿态机动要求冲量小、一致性好、响应快，因此要求轨控发动机比冲高，姿控发动机冲量小、一致性好、响应快，因

3、此要求轨控发动机比冲高，姿控发动机冲量小而准确。冲量小而准确。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion1 1、前言、前言定义及分类定义及分类一般分类一般分类化学推进化学推进：冷气、液化气、热气、单组元、双组元、固体、固液：冷气、液化气、热气、单组元、双组元、固体、固液电推进电推进：霍尔、离子、电阻：霍尔、离子、电阻/电弧加热、脉冲等离子、磁等离子、变比冲电弧加热、脉冲等离子、磁等离子、变比冲磁等离子等磁等离子等热推进热推进：太阳热、核热等：太阳热、核热等新概念推进新概念推进：太阳帆、电帆、磁帆、系绳：太阳帆、电帆、磁帆、系绳 、电磁发射等

4、、电磁发射等 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion1 1、前言、前言典型比冲范围典型比冲范围冷气：冷气：60-70 s 热气热气 90-130 s +100%单组元：单组元：220-230 s无毒无毒 240-265 s +20%双组元：双组元：280-325 s低温低温 345-375 s +15%电弧加热：电弧加热：500 s热推进：热推进：500-1000 s霍尔：霍尔：1500-7000 s离子：离子：200010000 s大功率大功率MPD、VASIMR： 5000 s无工质推进：无工质推进：比冲无穷大比冲无穷大 上海空间推进

5、研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2、国外发展情况 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况NASANASA空间推进路线图与优先级空间推进路线图与优先级重点发展重点发展4 4方面技术方面技术大功率电推进技术：大功率电推进技术：0.1-1MW0.1-1MW低温推进剂贮存和转移技术：低温推进剂贮存和转移技术：1 1年在轨年在轨核热推进：核燃料、反应堆、控制、液氢泵核热推进：核燃料、反应堆、控制、液氢泵900s900s比冲比冲敏捷微型卫星微推进技术：敏捷微型卫星微推

6、进技术：100kg100kg卫星卫星(2012(2012年发布年发布) ) 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况单组元推进单组元推进Aerojet 1NAerojet 1N、22N HAN22N HAN单组元推力器单组元推力器 20122012年，美国年，美国AerojetAerojet公司采用美国空军研究实验室提供的公司采用美国空军研究实验室提供的HANHAN基推基推进剂，以及自主研发的催化剂，实现了发动机连续工作进剂，以及自主研发的催化剂，实现了发动机连续工作600s600s，最长累计，最长累计工作

7、工作41400s41400s。 2012 2012年年8 8月，月，NASA NASA 启动了绿色推进剂飞行演示任务项目，启动了绿色推进剂飞行演示任务项目，AerojetAerojet公公司在司在BallBall公司航天器平台上演示验证了公司航天器平台上演示验证了1N1N HANHAN基发动机，预计基发动机，预计20152015年飞年飞行。行。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况单组元推进单组元推进欧洲欧洲 1N ADN 1N ADN 单组元推力器单组元推力器 欧洲瑞典空间公司的欧洲瑞典空间公司的AD

8、NADN发动机在发动机在PRSIMAPRSIMA（棱镜）卫星上进行了搭载（棱镜）卫星上进行了搭载演示飞行试验验证。美国演示飞行试验验证。美国NASANASA已经引进该技术。已经引进该技术。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况双组元推进双组元推进AerojetAerojet液氧液氧/ /甲烷甲烷100100磅和磅和55005500磅发动机磅发动机 AerojetAerojet研制了研制了100100磅液氧磅液氧/ /甲烷空间姿控发动机，于甲烷空间姿控发动机，于20122012年完成了高年完成了高空模拟试

9、验，能够在宽入口条件范围内可靠点火，并具备精确脉冲工作空模拟试验，能够在宽入口条件范围内可靠点火，并具备精确脉冲工作能力，最小脉宽达能力，最小脉宽达40ms40ms，比冲达到了，比冲达到了NASANASA合同要求合同要求317s317s。 5500 5500磅发动机是行星着陆器上升发动机，采用挤压供应系统，在白磅发动机是行星着陆器上升发动机，采用挤压供应系统，在白沙试验场进行了高空试车，累计工作时间为沙试验场进行了高空试车，累计工作时间为187s187s，比冲达到，比冲达到350s350s。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、

10、国外发展情况、国外发展情况双组元推进双组元推进马歇尔中心马歇尔中心 15 15磅磅(73N)(73N)液氧液氧/ /甲烷姿控发动机甲烷姿控发动机 马歇尔中心研制的马歇尔中心研制的1515磅液氧磅液氧/ /甲烷姿控发动机用于甲烷姿控发动机用于“梦神梦神”小行星着小行星着陆器姿态控制，并于陆器姿态控制，并于20132013年进行了多次飞行试验。年进行了多次飞行试验。 验证了液氧验证了液氧/ /甲烷用于姿控动力的可行性。甲烷用于姿控动力的可行性。欧洲欧洲 30KN 30KN 液氧液氧/ /甲烷发动机甲烷发动机 欧洲欧洲30kN30kN液氧液氧/ /甲烷发动机用于甲烷发动机用于“织女星织女星”小型运载

11、器上面级的后续小型运载器上面级的后续发展型，该发动机发展型，该发动机20132013年完成了试验模型机设计以及部分组件的试验考年完成了试验模型机设计以及部分组件的试验考核。核。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况欧美电推进欧美电推进深空探测深空探测 采用电推进作为主推进，例如美国的采用电推进作为主推进，例如美国的“深空一号深空一号”、“黎明号黎明号”航天航天器，日本的器，日本的“隼鸟号隼鸟号”航天器，欧洲的航天器，欧洲的SMART-1SMART-1月球探测器。月球探测器。 低轨道卫星低轨道卫星 可作为

12、轨道保持、精确控制用，例如美国的可作为轨道保持、精确控制用，例如美国的TacSat 2TacSat 2、欧洲的、欧洲的GOCEGOCE卫卫星、以色列星、以色列VenusVenus卫星。卫星。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况欧美电推进欧美电推进地球同步轨道卫星地球同步轨道卫星 电推进在广泛应用于南北位保的基础上，扩展执行部分轨道提升任务，电推进在广泛应用于南北位保的基础上，扩展执行部分轨道提升任务，某些应用场合并向全电推进方向发展。例如，美国某些应用场合并向全电推进方向发展。例如，美国A2100MA

13、2100M平台采用平台采用AerojetAerojet的的BPT-4000BPT-4000霍尔推力器执行轨道转移和位置保持任务，欧美等提霍尔推力器执行轨道转移和位置保持任务，欧美等提出全电推进平台方案。出全电推进平台方案。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况全电推进全电推进波音公司波音公司702SP702SP平台平台 2012 2012年年3 3月，波音宣布正在开发中小型全月，波音宣布正在开发中小型全电推进通信卫星平台，并已获得了电推进通信卫星平台，并已获得了4 4颗卫星研颗卫星研制合同。制合同。 卫

14、星发射重量不超过卫星发射重量不超过2000kg2000kg（氙气加注（氙气加注量可达量可达400kg400kg，可承载，可承载500kg500kg，3 38KW8KW功率的功率的载荷，寿命载荷，寿命1515年）。年）。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况全电推进全电推进洛马公司洛马公司A2100A2100平台的升级平台的升级 2013 2013年年9 9月，洛马公司宣布正在进月，洛马公司宣布正在进行行A2100A2100平台改造，其中一项重点内容平台改造，其中一项重点内容就是实现全电推。采用更大推力的

15、霍就是实现全电推。采用更大推力的霍尔推力器，使卫星入轨时间比其它公尔推力器，使卫星入轨时间比其它公司的全电推卫星减少一半。司的全电推卫星减少一半。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况全电推进全电推进德国德国OHBOHB公司公司ElectraElectra平台平台 20132013年年1010月，月，OHBOHB与与SESSES公司联合开发全电推卫星平台公司联合开发全电推卫星平台Electra Electra ，首，首颗卫星计划在颗卫星计划在20182018年发射。平台发射重量约年发射。平台发射重量约2

16、 23t3t，功率，功率8kW8kW，载荷重量，载荷重量700kg700kg。初步考虑配置。初步考虑配置4 4台台5kW5kW级霍尔推力器。级霍尔推力器。Electra全全电推推进平台推力器初步布局平台推力器初步布局Small GEO平台平台 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况全电推进全电推进AstriumAstrium公司、劳拉空间公司公司、劳拉空间公司 也宣布已开展全电推通信卫星平台开发也宣布已开展全电推通信卫星平台开发 计划中的计划中的NASANASA的的OLEVOLEV航天器、美国空军联合航天

17、器、美国空军联合ATKATK公司公司 VIVISATVIVISAT公司公司GEOGEO轨道服务器轨道服务器 广泛采用全电推进平台实现。广泛采用全电推进平台实现。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况大功率电推进大功率电推进20122012年美国年美国NASANASA的空间推进路线图的空间推进路线图指出：美国将在未来指出：美国将在未来2020年内应用年内应用50kW50kW、100kW100kW，甚至，甚至MWMW级大功率电推力器；级大功率电推力器；NASANASA格林研究格林研究中心中心已经完成已经完成

18、7kW7kW的的NEXTNEXT离子推力器离子推力器50000h50000h寿命考核，进行了寿命考核，进行了100kW100kW大大功率霍尔推力器点火试验。功率霍尔推力器点火试验。戈达德与戈达德与JPLJPL将联合开发将联合开发15kW15kW的霍尔电的霍尔电推进；推进；密歇根大学密歇根大学正在研制三通道正在研制三通道100kW100kW级霍尔推力器；级霍尔推力器；俄罗斯俄罗斯火炬设计局、中央机械研究院，欧洲火炬设计局、中央机械研究院，欧洲SNECMASNECMA和和AltaAlta公司公司正在研制正在研制202030kW30kW级的大功率霍尔推力器。级的大功率霍尔推力器。 上海空间推进研究所

19、Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况大功率电推进大功率电推进对于深空探测的近期任务对于深空探测的近期任务 目前主要依赖于太阳能驱动的大功率电推进；目前主要依赖于太阳能驱动的大功率电推进； 未来，核电装置配合大功率电推力器将能够承担更广泛的任务。未来，核电装置配合大功率电推力器将能够承担更广泛的任务。NASANASA的规划的规划 2014 2014年实现年实现30kW30kW电推进进行轨道转移能力验证；电推进进行轨道转移能力验证；20182018年实现年实现100kW100kW电电推进系统的在轨应用；推进系统的在轨应用；2

20、0222022年实现年实现500kW500kW电推进系统的空间货运。电推进系统的空间货运。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况太阳帆推进太阳帆推进日本日本“伊卡洛斯伊卡洛斯”金星探测器金星探测器 世界上第一个太阳帆驱动深空探测器，世界上第一个太阳帆驱动深空探测器，质量质量315kg315kg，20102010年年5 5月月2020日发射。太阳帆由日发射。太阳帆由厚度厚度0.0075 mm0.0075 mm的聚酰亚胺薄膜制成，对角的聚酰亚胺薄膜制成，对角线长线长20m20m。通过控制液晶颜色改变阳光散射

21、。通过控制液晶颜色改变阳光散射率，从而实现转向。率，从而实现转向。20102010年年1212月月8 8日，飞越日，飞越金星。金星。NASANASA开展了技术研究，重点是开展了技术研究，重点是在地面真空试验，试验了其展在地面真空试验，试验了其展开技术。开技术。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况太阳热推进太阳热推进太阳热推进利用聚集的太阳光加热工质，使工质温度升高，热膨胀太阳热推进利用聚集的太阳光加热工质，使工质温度升高，热膨胀喷出气流产生推力。喷出气流产生推力。系统主要由聚能器、热交换器、推力器以及

22、工质存储与供应系统组系统主要由聚能器、热交换器、推力器以及工质存储与供应系统组成。成。目前，马歇尔中心开发出目前，马歇尔中心开发出4m4m6m6m的聚能器，能量转换效率达到的聚能器，能量转换效率达到50%-50%-60%60%。系统采用液氢作为推进剂，已经验证了液氢在空间的。系统采用液氢作为推进剂，已经验证了液氢在空间的3030天存储。推天存储。推力器推力力器推力2.5-10N2.5-10N，比冲，比冲700-860s700-860s，温度，温度2700-3000K2700-3000K。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外

23、发展情况、国外发展情况核热推进核热推进美国从美国从1955 1955 年以来实施了多个发展计划。在年以来实施了多个发展计划。在195519551968 1968 年间投资年间投资了了15 15 亿美元建造并试验了超过亿美元建造并试验了超过20 20 种核火箭反应堆，主要采用铀种核火箭反应堆，主要采用铀-235-235燃燃料、氢气推进剂、石墨慢化剂和铍反射剂。料、氢气推进剂、石墨慢化剂和铍反射剂。近期，围绕登陆火星和小行星，美国重燃对核推进的兴趣，认为核近期，围绕登陆火星和小行星，美国重燃对核推进的兴趣，认为核推进可以作为深空探测的主推进。马歇尔中心开展了推进可以作为深空探测的主推进。马歇尔中心

24、开展了“核低温推进级核低温推进级”(NCPS)(NCPS)项目，该推进级可用于未来的太空发射系统。项目，该推进级可用于未来的太空发射系统。NCPSNCPS源于源于“NERVANERVA”计划，但将得益于计划，但将得益于2121世纪新技术，实现更高的堆芯温度和推重世纪新技术，实现更高的堆芯温度和推重比。比。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况核电推进核电推进 目前国际上开展核电推进技术研究的国家和地区主要是美国、俄罗目前国际上开展核电推进技术研究的国家和地区主要是美国、俄罗斯和欧洲。斯和欧洲。 美国、俄

25、罗斯从美国、俄罗斯从2020世纪世纪7070年代起就开始论证以载人火星探测、星际年代起就开始论证以载人火星探测、星际货运等为目标的核电推进空间飞行任务，并开展核电推进技术的初步研货运等为目标的核电推进空间飞行任务，并开展核电推进技术的初步研究。究。 2000 2000年以后，美国和欧洲对核电推进技术和应用的研究力度明显加年以后，美国和欧洲对核电推进技术和应用的研究力度明显加强，对载人深空探测的任务规划、任务规模和技术需求等有了较为明晰强，对载人深空探测的任务规划、任务规模和技术需求等有了较为明晰的认识，并有效牵引了核电推进技术的研究。的认识，并有效牵引了核电推进技术的研究。 上海空间推进研究所

26、Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况核电推进核电推进美国美国 2003 2003年，布什批准了年，布什批准了NASANASA提出的提出的“普罗米修斯普罗米修斯”计划。该计划将木计划。该计划将木星冰覆卫星轨道器（星冰覆卫星轨道器（JIMOJIMO）任务点名作为其首个研究项目。核电推进以）任务点名作为其首个研究项目。核电推进以其独有的方式促进了这次任务。其独有的方式促进了这次任务。 2006 2006年，年，JIMOJIMO计划调整，重点转向用核反应堆执行月球表面任务。计划调整，重点转向用核反应堆执行月球表面任务。20102

27、010年美国针对年美国针对20352035年左右的火星探测任务，详细比较了利用年左右的火星探测任务，详细比较了利用50kW50kW500MW500MW电推进执行电推进执行3030250250天的地火轨道转移的不同轨道设计，并估算了天的地火轨道转移的不同轨道设计，并估算了不同情况下的有效载荷能力。不同情况下的有效载荷能力。 针对核电推进空间探测需求，针对核电推进空间探测需求，NASANASA提出了一种提出了一种新的大功率核电推进（核电推进）空间飞行器方案新的大功率核电推进（核电推进）空间飞行器方案，以满足载人火星任务的需求。，以满足载人火星任务的需求。 上海空间推进研究所Shanghai Ins

28、titute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况核电推进核电推进欧洲欧洲 欧洲从欧洲从20092009年开始进行了为期年开始进行了为期3 3年的核电推进（年的核电推进（High Power High Power Electric PropulsionElectric Propulsion，HiPERHiPER）计划，针对未来大载荷空间运输和深空）计划，针对未来大载荷空间运输和深空探测任务，进行大功率电推力器和高效大功率太阳电池阵的研制，并对探测任务，进行大功率电推力器和高效大功率太阳电池阵的研制，并对200kW200kW核电源技术进行了初步研究。核电源技术

29、进行了初步研究。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion2 2、国外发展情况、国外发展情况核电推进核电推进俄罗斯俄罗斯 前苏联前苏联/ /俄罗斯的俄罗斯的ArsenalArsenal设计局的核电推进系统已在卫星上已进行过设计局的核电推进系统已在卫星上已进行过成功试验，验证了核电推进系统空间工作的可行性。成功试验，验证了核电推进系统空间工作的可行性。 2009 2009年，梅德韦杰夫发表声明年，梅德韦杰夫发表声明: :俄罗斯将发展太空核飞行器，计划在俄罗斯将发展太空核飞行器，计划在20122012年完成兆瓦级核电推进年完成兆瓦级核电推进(

30、(核电推进核电推进) )系统概念图，系统概念图，20152015年开始建造，年开始建造，20182018年核飞行器将做好发射准备。年核飞行器将做好发射准备。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3、国内进展情况 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况系统技术系统技术CE-3CE-3探月着陆器探月着陆器 801 801所研制了国内首个变推力空间推进系统，于所研制了国内首个变推力空间推进系统，于1313年年1212月成功实现月成功实现了月面着陆。其中，

31、了月面着陆。其中，1111所设计了国内首个所设计了国内首个7500N7500N变推力发动机，变推力发动机，801801所所研制了研制了570L570L复合材料缠绕金属膜片复合材料缠绕金属膜片贮箱等产品，突破了减重、高精度贮箱等产品，突破了减重、高精度混合比控制和均衡排放控制等关键混合比控制和均衡排放控制等关键技术。技术。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况系统技术系统技术星箭一体空间推进系统星箭一体空间推进系统 在在863863支持下，支持下，801801所研制出了首套星箭一体所研制出了首套星箭一体推

32、进系统，具有轻质、高压、快响应、预包装特推进系统，具有轻质、高压、快响应、预包装特点，采用了国际上独创的轻质、全金属、球型、点，采用了国际上独创的轻质、全金属、球型、双组元双组元“双膜共体贮箱双膜共体贮箱”，20132013年取得发射和在年取得发射和在轨飞行成功。轨飞行成功。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况系统技术系统技术推进剂均衡排放和混合比控制技术推进剂均衡排放和混合比控制技术 801 801所分别在多个型号的推动下，开展了基于所分别在多个型号的推动下，开展了基于PGSPGS的相关研究工作。的

33、相关研究工作。经地面试验验证，剩余量测量精度、并联贮箱均衡排放指标均可达到要经地面试验验证，剩余量测量精度、并联贮箱均衡排放指标均可达到要求。求。 502 502所在预研和型号的支持下，也开展了相关研究工作，推进剂综合所在预研和型号的支持下，也开展了相关研究工作，推进剂综合利用效率大大提高。利用效率大大提高。 801801所还开展了氧燃独立可控供气法调节混合比的技术，分别在天宫所还开展了氧燃独立可控供气法调节混合比的技术，分别在天宫一号、实践一号、实践1515号飞行器上得到了应用，达到了良好效果。号飞行器上得到了应用，达到了良好效果。中国航天科技集团公司第五研究院3 3、国内进展情况、国内进展

34、情况系统技术系统技术新型增压技术气动增压泵新型增压技术气动增压泵 801 801所开展了基于气动泵的新型增压技术研究工作。可实现在轨多次所开展了基于气动泵的新型增压技术研究工作。可实现在轨多次启动、轨控发动机高室压高性能、姿轨控统一供应。启动、轨控发动机高室压高性能、姿轨控统一供应。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况系统技术系统技术化学与电推进混合模式推进系统化学与电推进混合模式推进系统 近年来，近年来，502502所开展了混合模式推进系统论证、关键系统技术攻关、所开展了混合模式推进系统论证、关键系

35、统技术攻关、关键单机研制等工作。已经形成了多套混合模式推进系统方案。关键单机研制等工作。已经形成了多套混合模式推进系统方案。全电推进卫星系统全电推进卫星系统启动地面演示项目启动地面演示项目 五院通信卫星事业部针对高轨通信卫星平台组织相关单位正在开展五院通信卫星事业部针对高轨通信卫星平台组织相关单位正在开展地面演示验证项目研究。地面演示验证项目研究。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况系统技术系统技术可重复使用飞船推进系统可重复使用飞船推进系统 在五院载人航天总体部的支持下，在五院载人航天总体部的支持下

36、，801801所开展了新一代飞船返回舱可所开展了新一代飞船返回舱可重复使用推进系统的研制攻关，目前已完成可重复使用推进系统方案论重复使用推进系统的研制攻关，目前已完成可重复使用推进系统方案论证、初步方案设计，系统采用模块化设计，充分考虑推进剂快速加注、证、初步方案设计，系统采用模块化设计，充分考虑推进剂快速加注、推进系统快速检测。预计推进系统快速检测。预计20182018年飞行。年飞行。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况空间补加与燃料站技术空间补加与燃料站技术推进剂补加与增压气体回用技术推进剂补加与

37、增压气体回用技术 801 801所针对天宫二号和空间站核心舱研制了膜盒贮箱、压气机和浮动所针对天宫二号和空间站核心舱研制了膜盒贮箱、压气机和浮动断接器，压气机实现贮箱的增压气体重复使用，膜盒贮箱具备多次接收断接器，压气机实现贮箱的增压气体重复使用，膜盒贮箱具备多次接收推进剂的能力。经过几年的攻关，突破了关键技术，并完成了多轮系统推进剂的能力。经过几年的攻关，突破了关键技术，并完成了多轮系统补加试验。补加试验。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况空间补加与燃料站技术空间补加与燃料站技术在轨服务和太空燃料

38、站技术在轨服务和太空燃料站技术 八院八院805805所（所（+801+801所）和五院钱学森实验室（所）和五院钱学森实验室（+502+502所）牵头，在科工所）牵头，在科工局项目支持下，分别开展了在轨服务和太空燃料站研究。局项目支持下，分别开展了在轨服务和太空燃料站研究。 801 801所配合所配合805805所研制了针对表面张力贮箱的推进剂补加地面演示系所研制了针对表面张力贮箱的推进剂补加地面演示系统；统； 502 502所配合钱学森实验室，并在所配合钱学森实验室，并在863-704863-704课题支持下，研制了适用于课题支持下，研制了适用于燃料补给的贮箱、加注泵、高精度流量计等产品。期望

39、在燃料补给的贮箱、加注泵、高精度流量计等产品。期望在“十二五十二五”期期间能够实现该技术的在轨试验验证。间能够实现该技术的在轨试验验证。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况低温推进剂在轨贮存技术低温推进剂在轨贮存技术低温推进剂在轨贮存与管理技术低温推进剂在轨贮存与管理技术 针对载人登月着陆器和轨道转移器针对载人登月着陆器和轨道转移器, ,国内开展了低温推进剂在轨贮存国内开展了低温推进剂在轨贮存与管理技术研究。与管理技术研究。 另外，国内另外，国内805805所、所、801801所、哈工大、清华、上海交

40、大、西安交大都所、哈工大、清华、上海交大、西安交大都在开展这方面的研究。研究将重点规划了遮挡防辐射热流结构与材料、在开展这方面的研究。研究将重点规划了遮挡防辐射热流结构与材料、变密度多层隔热材料（变密度多层隔热材料（VD-MILVD-MIL）、低温隔热支撑结构与材料（）、低温隔热支撑结构与材料（PODSPODS）、）、热力学排放（热力学排放（TVSTVS）、蒸汽冷却屏（）、蒸汽冷却屏（VCSVCS）、流体混合、制冷机等技术发）、流体混合、制冷机等技术发展思路。展思路。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情

41、况单组元推进技术单组元推进技术无毒单元无毒单元HANHAN推进技术推进技术 在在863863支持下，支持下，801801所以新一代飞船等为应用对象开展了所以新一代飞船等为应用对象开展了HANHAN基单元推基单元推进技术研究。分别开展了进技术研究。分别开展了1N1N 、5N5N、60N60N推力器的推力室、推进剂、催化推力器的推力室、推进剂、催化剂、高温材料等研究工作。剂、高温材料等研究工作。(1)1N/5N(1)1N/5N发动机实现了发动机实现了200200启动，一次连续工作时间启动，一次连续工作时间2000s2000s，累计稳态，累计稳态 工作时间工作时间20000s20000s，累计脉冲工

42、作，累计脉冲工作5000050000余次；余次；(2)60N(2)60N比冲比冲224224225s225s，温启动温度，温启动温度120120；最长单次工作时间；最长单次工作时间600s600s，累计，累计 工作时间工作时间1400s1400s；(3)(3)计划首先将用于快响卫星、运载火箭辅助推进和新一代飞船返回舱。计划首先将用于快响卫星、运载火箭辅助推进和新一代飞船返回舱。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况单组元推进技术单组元推进技术无毒单元无毒单元ADNADN推进技术推进技术 在在863863

43、支持下，支持下，502502所开展了所开展了ADNADN基基1N1N单元推力器技术研究。目前，比单元推力器技术研究。目前，比冲冲223 s223 s，温启动温度，温启动温度180180，最长单次工作时间，最长单次工作时间100s100s，累计工作时间，累计工作时间1374s1374s，最小脉冲，最小脉冲100ms100ms，脉冲次数，脉冲次数61606160次。次。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况双组元推进技术双组元推进技术二代二代490N490N发动机飞行发动机飞行 第二代第二代490N490N

44、发动机于发动机于20122012年年5 5月，完成首次飞行。采用了铌钨合金材月，完成首次飞行。采用了铌钨合金材料及其相应的硅化物涂层，真空比冲达料及其相应的硅化物涂层，真空比冲达315-318s315-318s，累计工作寿命，累计工作寿命2500025000秒秒以上。以上。三代三代490N490N发动机加快研制发动机加快研制 针对两种推力室材料针对两种推力室材料“铼铼- -铱、钽十钨铱、钽十钨”开展研究，完成了原理样机开展研究，完成了原理样机研制，其真空比冲达到了研制，其真空比冲达到了323s323s。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsi

45、on3 3、国内进展情况、国内进展情况双组元推进技术双组元推进技术7500N7500N变推力发动机变推力发动机 六院六院(11(11所设计所设计) )研制了探月着陆器用研制了探月着陆器用7500N7500N变推力发动机，变推力发动机，5:15:1变比，变比，采用针栓式喷注器，经历了着陆考核，取得了圆满成功。采用针栓式喷注器，经历了着陆考核，取得了圆满成功。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况双组元推进技术双组元推进技术二代二代490N490N成果推广应用成果推广应用高性能高性能25N25N发动机发动机

46、 基于铌钨材料涂层体系的基于铌钨材料涂层体系的25N25N双元发动机成功完成了实践双元发动机成功完成了实践1515号飞行器号飞行器飞行试验。真空比冲达飞行试验。真空比冲达300s300s，累计点火时间，累计点火时间3 3万多秒，累计工作次数万多秒，累计工作次数2222万万次。后续将用于多星上面级、探月工程三期等项目。次。后续将用于多星上面级、探月工程三期等项目。1000N1000N变轨发动机变轨发动机 2014 2014年年1 1月在月在101101所完成了高空热试车，所完成了高空热试车，真空比冲达真空比冲达314s314s，燃烧室温度最高，燃烧室温度最高12661266。 上海空间推进研究所

47、Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况双组元推进技术双组元推进技术750N750N变轨发动机变轨发动机 近期，近期，801801所针对东五卫星平台研制的所针对东五卫星平台研制的750N750N发动发动机在北京机在北京101101所完成了全尺寸产品高空模拟试车，所完成了全尺寸产品高空模拟试车，1313次启动，累计点火时间次启动，累计点火时间10601060秒，比冲秒，比冲315.3s315.3s，喉部温，喉部温度度13001300。 之后开展了改进设计之后开展了改进设计, ,预计比冲大于预计比冲大于318s318s。 上海空

48、间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况双组元推进技术双组元推进技术5KN5KN挤压式再生冷却发动机挤压式再生冷却发动机 801 801所针对火箭上面级动力系统，研发了所针对火箭上面级动力系统，研发了5KN5KN再生冷却发动机，并完再生冷却发动机，并完成了摇摆高空热试车。成了摇摆高空热试车。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况双组元推进技术双组元推进技术空间高性能低温空间高性能低温LOX/LCH4LOX/LCH4发动机发

49、动机 在在863863的支持下，的支持下，801801所开展了所开展了LOX/LCH4LOX/LCH4发动机点火技术研究，目的发动机点火技术研究，目的是探索低温液氧是探索低温液氧/ /液甲烷轨姿控发动机可靠、重复、长寿命的点火技术方液甲烷轨姿控发动机可靠、重复、长寿命的点火技术方案。案。20142014年完成了点火试验年完成了点火试验, ,验证了电火花和激光点火的可行性。验证了电火花和激光点火的可行性。 同时开展了低温推进剂空间长期贮存技术的研究。同时开展了低温推进剂空间长期贮存技术的研究。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、

50、国内进展情况、国内进展情况双组元推进技术双组元推进技术高室压复合材料高室压复合材料3000N3000N发动机多次飞行发动机多次飞行 801801所研制，室压所研制，室压3.7MPa3.7MPa，采用，采用C/C/SiCSiC复合材料，与头部采用焊接连复合材料，与头部采用焊接连接方式，接方式，20112011年在年在XX-19XX-19上首飞成功，复合材料技术以及与金属焊接连接上首飞成功，复合材料技术以及与金属焊接连接技术得到较充分验证。技术得到较充分验证。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况电推进技术

51、电推进技术SJ-9A SJ-9A 演示验证卫星演示验证卫星 2012 2012年年1111月在实践月在实践9A 9A 卫星上搭载了电推进系统，验证了卫星上搭载了电推进系统，验证了801801所霍尔所霍尔电推进技术和电推进技术和510510所离子电推进技术，均完成了首次在轨工作，启动所离子电推进技术，均完成了首次在轨工作，启动200200多次，累计工作时间超过多次，累计工作时间超过18001800分钟。分钟。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况电推进技术电推进技术在研工程任务在研工程任务 801801所

52、：承担空间站电推进系统研制任务。目前开展了所：承担空间站电推进系统研制任务。目前开展了80mN80mN霍尔推力霍尔推力器方案阶段研制器方案阶段研制, ,主要性能指标已达到要求；完成了推力器的生产、力学主要性能指标已达到要求；完成了推力器的生产、力学环境试验、累计环境试验、累计500500小时的寿命试验，配套的阴极寿命试验达到小时的寿命试验，配套的阴极寿命试验达到1.51.5万小万小时，处于国际一流水平。时，处于国际一流水平。 510 510所：针对东所：针对东3B 3B 平台开展了离子电推进应用研究。目前，推力器、平台开展了离子电推进应用研究。目前，推力器、电源处理单元、气瓶等已完成鉴定产品研

53、制。推力器、电源处理单元参电源处理单元、气瓶等已完成鉴定产品研制。推力器、电源处理单元参加了总体组织的羽流试验、加了总体组织的羽流试验、EMCEMC试验、太阳辐照热平衡试验等大型试验。试验、太阳辐照热平衡试验等大型试验。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况电推进技术电推进技术预研项目（预研项目（801801所）所） HET-300M HET-300M多模式霍尔电推进多模式霍尔电推进：针对全电推进平台，针对全电推进平台，801801所在所在“十二五十二五” 开展了大推力开展了大推力/ /高比冲多模式电推

54、进技高比冲多模式电推进技术研究。推力器实测性能指标为：大推力模式下功率术研究。推力器实测性能指标为：大推力模式下功率4.5kW4.5kW、推力、推力300mN300mN、比冲、比冲1888s1888s、效率、效率61.8%61.8%，高比冲模，高比冲模式下功率式下功率2.2kW2.2kW、推力、推力89.5mN89.5mN、比冲、比冲3003s3003s、效率、效率59.9%59.9%。推力器的各项性能指标达到指标要求，并达到国际先进推力器的各项性能指标达到指标要求，并达到国际先进水平。水平。快启动霍尔电推进技术快启动霍尔电推进技术：将霍尔电推进启动时间由目前：将霍尔电推进启动时间由目前的数分

55、钟变为的数分钟变为1s1s以内，满足快响应任务需求。以内，满足快响应任务需求。 还在开展还在开展50kW-2N50kW-2N大功率霍尔推力器大功率霍尔推力器，场发射电推进场发射电推进等研究。等研究。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况电推进技术电推进技术预研项目预研项目(510(510所所) )LIPS-300 LIPS-300 离子电推进离子电推进：针对东：针对东5 5 卫星平台、全电推进卫星平台卫星平台、全电推进卫星平台自主投资研制了自主投资研制了LIPS-300 LIPS-300 离子推力器离子

56、推力器, ,处于原理样机阶段。处于原理样机阶段。LIPS-100 LIPS-100 离子电推进离子电推进：针对重力梯度卫星无拖曳飞行任务的需：针对重力梯度卫星无拖曳飞行任务的需求，研制了该推力器求，研制了该推力器, ,技术指标为技术指标为 推力推力1mN-15mN1mN-15mN连续可调；功连续可调；功率率470W470W；比冲；比冲400s-3000s400s-3000s；推力调节分辨率；推力调节分辨率12uN12uN。LIPS-400 LIPS-400 离子电推进离子电推进：科工局项目，该项目完成后拟达到的技：科工局项目，该项目完成后拟达到的技术指标为：功率术指标为：功率7.0kW7.0k

57、W；比冲；比冲4500s4500s；推力；推力200mN200mN；效率；效率65%65%。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况电推进技术电推进技术新研项目新研项目电电推推进进羽羽流流研研究究和和MPDTMPDT电电推推进进（北北航航）：北北航航在在973973项项目目支支持持下下开开展展了了电电推推进进羽羽流流效效应应研研究究。同同时时，开开展展了了6kW6kW大大功功率率磁磁等等离离子子电电推推力力器器研研究究，已已经经完完成成原原理理样样机机点点火。火。磁聚焦霍尔电推进磁聚焦霍尔电推进（哈工大）

58、：哈工大在霍尔（哈工大）：哈工大在霍尔磁聚焦和氪推进剂应用方面具有特色。磁聚焦和氪推进剂应用方面具有特色。VASIMRVASIMR：在：在863863支持下，西安支持下，西安1111所开展了研究。所开展了研究。其它其它：国防科大、北理工在：国防科大、北理工在PPTPPT，大连理工在螺旋，大连理工在螺旋波等离子，上海交大、中科院力学所在波等离子，上海交大、中科院力学所在FEEPFEEP，西，西工大在微波等离子开展了相关研究。工大在微波等离子开展了相关研究。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况微推进技术微

59、推进技术冷气和液化气推进冷气和液化气推进 国内已经有相对成熟的技术，以及飞行产品。国内已经有相对成熟的技术，以及飞行产品。 激光推进激光推进 装备学院近年围绕微推力激光烧蚀推力器取得了进展，研制了装备学院近年围绕微推力激光烧蚀推力器取得了进展，研制了uNuN级级扭摆测量系统。扭摆测量系统。MEMSMEMS推进推进 国内多家单位开展了国内多家单位开展了MEMSMEMS微推进研究。微推进研究。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况新概念推进技术新概念推进技术太阳热推进太阳热推进 在在863863支支持持下下

60、，哈哈工工大大、南南航航、国国防防科科大大分分别别开开展展了了太太阳阳热热推推进进技技术术研研究究，重重点点围围绕绕光光线线聚聚焦焦系系统统、加加热热工工质质系系统统开开展展了了仿仿真真和和实实物物原原理理验验证。证。核电推进核电推进 在在总总装装支支持持下下，801801所所和和510510所所分分别别开开展展“空空间间大大功功率率电电推推进进总总体体技技术研究术研究”项目研究。项目研究。 此此外外，中中核核集集团团原原子子能能研研究究院院反反应应堆堆工工程程所所（401401所所）等等三三家家单单位位开开展了展了40kW40kW电功率的月球表面用核电源技术研究。电功率的月球表面用核电源技术

61、研究。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion3 3、国内进展情况、国内进展情况新概念推进技术新概念推进技术太阳帆推进太阳帆推进 805805所在科工局项目支持下，开展了太阳帆推进所在科工局项目支持下，开展了太阳帆推进技术研究。重点对帆材料、展开机构、支撑结构、技术研究。重点对帆材料、展开机构、支撑结构、推力矢量控制方式进行了原理样机级的探索研究。推力矢量控制方式进行了原理样机级的探索研究。计划研制计划研制150m150m150m150m的帆。的帆。电帆推进系统电帆推进系统 20132013年年，502502所所获获得得了了总总装装探探索

62、索一一代代项项目目“推推力力矢矢量量可可调调的的电电场场虚虚拟拟帆帆推推进进技技术术研研究究”的的支支持持，开开展展了了无无工工质质电电帆帆推推进进技技术术基基础础理理论论和和方方法法研究。研究。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion4、后续发展重点分析 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion4 4、后续发展重点分析、后续发展重点分析推进系统推进系统 针针对对未未来来发发展展，存存在在一一系系列列推推进进分分系系统统技技术术需需要要持持续续支支持持发发展展，包包括括：围围绕绕空空间

63、间服服务务的的推推进进剂剂补补加加系系统统技技术术；围围绕绕电电推推进进应应用用的的化化学学/ /电电混混合合推推进进系系统统技技术术，全全电电推推进进系系统统技技术术；围围绕绕未未来来更更高高比比冲冲的的低温双元推进系统技术。低温双元推进系统技术。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion4 4、后续发展重点分析、后续发展重点分析单组元推进单组元推进 基基于于HANHAN基基和和ADNADN基基推推进进剂剂的的单单元元推推进进技技术术打打开开了了技技术术发发展展的的一一扇扇大大门门，具具有有操操作作使使用用安安全全和和提提高高比比冲冲的的

64、潜潜力力。HANHAN基基和和ADNADN基基推推进进剂剂具具有有低低蒸蒸汽汽压压、低低毒毒性性，因因此此地地面面使使用用操操作作安安全全、方方便便。常常规规肼肼推推进进比比冲冲处处于于220-230s220-230s水水平平，HANHAN和和ADNADN基基推推进进剂剂比比冲冲具具有有提提高高到到265s265s的的潜潜力力；另另外外，推推进进剂剂密密度度也也比比肼肼高高，可可以以减减轻轻贮贮箱箱质质量量。因因此此，这这类类单单组组元元推推进进系系统是下一代单元推进系统的发展重点。统是下一代单元推进系统的发展重点。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space P

65、ropulsion4 4、后续发展重点分析、后续发展重点分析双组元推进双组元推进 轨轨控控发发动动机机在在三三代代490N490N发发动动机机以以后后的的发发展展方方向向是是后后续续发发展展需需要要考考虑虑的的问问题题。三三代代490N490N比比冲冲已已经经接接近近工工程程上上常常规规推推进进剂剂（MON/MMHMON/MMH）发发动动机机的的极极限限值值。后后续续提提高高比比冲冲的的重重要要方方向向是是采采用用低低温温推推进进剂剂LOX/LCH4,LOX/LCH4,比比冲冲可可达达345-375s345-375s。国国外外围围绕绕深深空空探探测测已已经经先先期期启启动动了了这这方方面面的的

66、研研究究工工作作。非非自自燃燃的的低低温温推推进进系系统统关关键键技技术术除除了了发发动动机机点点火火、燃燃烧烧问问题题外外，还还要要解解决决推进剂在轨长期贮存问题。推进剂在轨长期贮存问题。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion4 4、后续发展重点分析、后续发展重点分析电推进电推进 国国内内电电推推进进在在取取得得霍霍尔尔电电推推进进、离离子子电电推推进进初初步步研研制制成成功功和和逐逐步步应应用用的的基基础础上上，后后续续技技术术发发展展可可重重点点集集中中在在多多模模式式电电推推进进和和核核电电推推进进这这两两个个方方向向上上。前前

67、者者为为全全电电推推进进卫卫星星平平台台提提供供基基础础，后后者者解解决决深深空空探探测测、核核推推进进和和具具有有大大功功率率太太阳阳帆帆板板平平台台的的电电推推进进应应用用问问题题。另另外外，针针对对重重力力场场等等特特殊殊应应用用卫卫星，需要布局开展微小可变推力电推进技术的研究。星，需要布局开展微小可变推力电推进技术的研究。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion4 4、后续发展重点分析、后续发展重点分析微推进微推进 未未来来微微小小卫卫星星将将有有扩扩大大应应用用面面的的趋趋势势，需需要要各各类类精精确确冲冲量量控控制制推推进进技

68、技术术。冷冷气气推推进进虽虽然然提提供供了了可可选选性性，但但是是比比冲冲较较低低；液液化化气气推推进进的的密密度度比比冲冲高高，但但是是推推力力精精度度较较差差。未未来来需需要要发发展展的的技技术术是是解解决决液液化化气气推推力力精精度度问问题题，例例如如通通过过加加温温；以以及及发发展展新新型型热热气气推推进进技技术术，例例如如采采用用三三元元混混合合气气体体，比比冲冲比比冷冷气气高高1 1倍倍左左右右；其其它它的的技技术术包包括括电电推推进进FEEPFEEP、PPTPPT等等。总总之，这方面还需要探索研究重点发展方向。之，这方面还需要探索研究重点发展方向。 上海空间推进研究所Shangh

69、ai Institute of Space Propulsion4 4、后续发展重点分析、后续发展重点分析新概念推进新概念推进 未未来来新新概概念念空空间间推推进进将将进进一一步步追追求求高高比比冲冲，甚甚至至利利用用空空间间环环境境、或或空空间间原原位位资资源源，实实现现不不需需要要推推进进剂剂（或或无无工工质质）的的推推进进（比比冲冲无无穷穷大大）。值值得得探探索索的的高高比比冲冲的的先先进进推推进进包包括括太太阳阳热热推推进进、核核热热推推进进；无无工工质质推推进进包包括括太太阳阳帆帆、电电帆帆、磁磁帆帆、系系绳绳推推进进。先先进进无无工工质质推推进进，是是推推进进领领域域最最具具有有创

70、创新新性性的的研研究究领领域域，需需要要研研究究空空间间环环境境、从从物物理理基基本本原原理理出出发发进进行行创新。创新。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion5、结论 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion5 5、结论、结论发展重点发展重点推进系统推进系统：空间补加：空间补加/ /燃料站，化燃料站，化/ /电混合推进，全电推进，低温电混合推进，全电推进，低温 推进。推进。单元推进单元推进：HANHAN、ADNADN无毒单元推进，延长工作寿命和提高比冲性无毒单元推进，延长工作寿命和

71、提高比冲性 能。能。双元推进双元推进：323s323s比冲轨控发动机；低温双元比冲轨控发动机；低温双元LOX/LCH4LOX/LCH4发动机；发动机；电电 推推 进进：高推力：高推力/ /高比冲双模式；大功率高比冲双模式；大功率0.1-1MW0.1-1MW电推进；微小电推进；微小 可变推力电推进。可变推力电推进。微微 推推 进进：精确控温液化气；热气推进：精确控温液化气；热气推进有待研究；有待研究；新概念推进新概念推进：热推进、太阳帆、电帆、磁帆：热推进、太阳帆、电帆、磁帆尚需探索。尚需探索。 上海空间推进研究所Shanghai Institute of Space Propulsion谢谢 谢！谢！