出品/星动无极
北京遨天科技发布5kW级氩工质中置阴极霍尔电推进系统,推力器实测重量2.6公斤,配套的压力流量调节模块0.6公斤,合计3.2公斤。公开报道显示,这是同功率等级中最轻的氩气霍尔电推进系统。试验数据为:氩气工况4.2千瓦下总效率50%、推力163毫牛、比冲2650秒,与SpaceX星链V2 Mini所用的氩气霍尔推力器处于同一水平。
电推进是低轨星座的成本杠杆。星座卫星的轨道提升、相位调整和寿命末期的离轨都靠电推进执行,系统每轻一公斤,火箭运力就能多换一颗星的载荷空间或者多发几个月的燃料。氩气作工质的价值在于价格,氙气是传统霍尔推进的主流工质,每公斤价格是氩气的数十倍,万颗级星座的推进剂消耗按吨计,工质换成氩气之后,这部分成本降低一个量级。
比冲2650秒的含义也在这条成本线上。比冲越高,单位工质产生的速度增量越大,卫星在轨寿命和维护能力直接受益。氩气霍尔此前的主要难点是电离效率低,氩原子电离所需能量高于氙气,同等功率下效率难看。遨天给出的50%总效率,说明氩气工况的效率问题在这台推力器上基本解决。
系统还留出氪气工况作为备份选项。氪气在1到6千瓦范围内稳定工作,最高比冲超2265秒、最大推力超280毫牛、最大效率超56%。双工质兼容让卫星在采购推进剂时有替代货源,工质价格波动或者区域供应受限时,星座运营方可以切换而不必重新设计推进系统。星链的供应商体系里同样保留了氪氩双线,这是星座级采购的共同做法。
霍尔推进的工作方式可以一句话说清:电场把工质电离成等离子体并加速喷出,排气速度远高于化学推进,同等的速度增量消耗的工质更少。代价是推力小、单次变轨时间长,星座卫星从入轨轨道爬升到工作轨道要花数周。氩气在这个架构里的难点是电离,氩原子的电离能高于氙气和氪气,同等功率下把更多氩原子变成等离子体,效率才能追上传统工质。遨天给出的4.2千瓦50%总效率,等于把这个难点在工程上消化了。
AI进设计流程的收益结构值得单独记一笔。霍尔推进器的性能对磁路几何、通道尺寸和工况参数高度敏感,传统研制靠试车迭代,一轮参数调整对应一轮热试车,周期以月计。遨天的模型预测时间小于0.1秒、误差小于6%,可以在仿真端先做反向寻优,把热试车的角色从摸索改成验证。公司披露批产效率提升1倍以上,对应的是同一套产线在单位时间里的产出翻番,对万台级的交付需求来说,产线节拍比单台性能更稀缺。
对国内星座的供应链来说,这套数据的产业意义在于国产替代的到位程度。星链V2 Mini的氩霍尔推力器是SpaceX自研自用,外界只知其水平区间而无具体参数。遨天用氩气工况做出同级别的比冲和效率,意味着国内星座在批量部署时不必依赖氙气路线,单星推进系统的成本和重量都可以按氩气口径重新核算。
3.2公斤的系统总重,对应的是整星质量分配里省出来的每一个百分点。300公斤级星座卫星的结构、电源、载荷重量都有硬指标,推进系统每省出一公斤,卫星方可以加一颗光学器件、扩一块电池,或者干脆把卫星做小一颗档位再省发射费用。推力器和调压模块分开计重的做法,也说明这套系统按整星集成的口径对外交付,卫星总装时的接口适配工作量被压缩在设计端。
需求端的确定性来自两个星座的建设进度。中科宇航副总裁樊娜此前在接受采访时表示,今年星网和垣信的两个低轨卫星互联网星座基本完成了一期建设。一期星座对应的卫星数量在数千颗量级,每颗星座卫星配两台推力器,仅一期建设的推进器需求就在万台上下。推进系统的供应商选择在星座整星招标阶段锁死,谁进入合格供应商目录,谁就拿到整个建设周期内的批量订单,这也是国内数家电推进公司同时扩建产线的共同原因。
电推进的批产能力是这个赛道的下一个门槛。一颗300公斤级的星座卫星通常配置两台推力器,万颗级星座对应两万台的交付量,远超科研院所小批量试制的节奏。遨天在中关村科学城的产线承担的就是批产任务,推力器2.6公斤的重量数字里,包含着对自动化装配和测试节拍的考虑,轻量化和批产是一件事情的两面。
把镜头拉远,国内星座今年进入密集组网期,千帆累计发射274颗,星网GW星座一期基本建成,卫星侧的招标和产能陆续落地。推进系统作为单星价值量居前的部组件,其国产化水平和批量交付能力,决定了整星成本里还有多少下降空间。2.6公斤和2650秒这两个数字,放在这个背景下看,是供应链比上一轮组网周期更成熟的一个注脚。

