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【聚焦】磁等离子体动力推力器(MPDT)是航天推力器发展方向之一 研制受到多国重视

新思界网 2024-01-11 15:33 发文

电推进不依赖化学燃料,有望取代化学推进,成为航天器主动力,因此受到航天大国的重视。

磁等离子体动力推力器(MPDT),是一种航天推力器,采用电推进技术,以电场向推力器注入能量,工作介质是等离子体,利用洛伦兹力原理,将通过磁场的等离子体加速,反向推动航天器。

航天推进系统按照原理来划分,可以分为化学推进、电推进两大类。化学推进利用化学燃料燃烧产生推力,电推进不依赖化学燃料即可产生推力,一般是利用太阳帆板产生电能,电能转化为机械能。离子推力器是最常见的电推进系统,又包括静电式、电磁式两种。磁等离子体动力推力器属于电磁式离子推力器。

化学推进过程中,需要消耗大量燃料以提供动力,来使航天器摆脱地球引力进入太空。但在长距离星际飞行领域,化学推进弊端突出:需要携带大量燃料,造成航天器重量过高;燃料需要定期补充,使用成本高;无法实现过远距离航行。电推进不依赖化学燃料,有望取代化学推进,成为航天器主动力,因此受到航天大国的重视。

根据新思界产业研究中心发布的《2023-2028年中国磁等离子体动力推力器(MPDT)行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示,现阶段最常见的离子推力器是霍尔推进器,霍尔推进器比冲高但推力小。与之相比,磁等离子体动力推力器比冲更高,且推力大,可实现大功率,被视为航天推力器未来发展方向之一。预计2023-2028年,全球航天推进系统市场规模年复合增长率将达到13.8%。若磁等离子体动力推力器研制、试验顺利,能够替代化学推进与霍尔推进器,未来市场发展空间大。

根据磁场来源不同,磁等离子体动力推力器可以分为自身场磁等离子体动力推力器(SF-MPDT)、附加场磁等离子体动力推力器(AF-MPDT)两种。SF-MPDT磁场方向为周向,要获得满意性能,其放电电流要求高,因此产品要实现长使用寿命挑战大;AF-MPDT磁场方向以轴向为主,也有径向磁场,其能量转换率高、磁场强度可调节,低功率、高性能的特点突出,适应性更强,是研制主流产品。

新思界行业分析人士表示,现阶段,磁等离子体动力推力器已有产品开发问世,部分型号已经过太空实验。在海外,美国、俄罗斯、日本等国家对磁等离子体动力推力器研制极为重视,美国航空航天局曾在2017年将磁等离子体动力推力器列入超高功率电推进第二位。在我国,北京控制工程研究所、北京航空航天大学联合设计出MAT-20、MAT-100两款磁等离子体动力推力器。

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