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按電推進(jìn)工作原理，氣體分子量越大，對(duì)航天器產(chǎn)生的推力也就越大。目前人類所發(fā)現(xiàn)的分子量最大的氣體分別是氡（222），氙（131），氪 （84），氬（18）。氡氣因?yàn)橹迫±щy并有放射性污染危害而沒有被選作電推進(jìn)工質(zhì)。氙氣作為第二大分子量氣體，電離后成分單一便于獲得較高的加速效率等特質(zhì)。氙氣的化學(xué)穩(wěn)定性好，易于儲(chǔ)存。氙氣的臨界壓力為5.83MPa，這使得氙在推進(jìn)劑的容器中可以液態(tài)形式被儲(chǔ)存，這和使用氪氣或氬氣這樣的永久性氣體相比，推進(jìn)劑氣瓶可以做的更輕更薄，節(jié)省航天器的發(fā)射重量。

     氙氣雖然有如此多的優(yōu)點(diǎn)但價(jià)格昂貴。氙氣常年市場均價(jià)大約8-10萬元/M3.在商業(yè)化低成本航天快速發(fā)展的情況下，更加廉價(jià)的氪氣也在電推進(jìn)領(lǐng)域進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。美國SpaceX公司的星鏈計(jì)劃使用約6000顆近地軌道衛(wèi)星完成初步組形成初步覆蓋地球的高速通訊網(wǎng)絡(luò)，作為控制成本的重要手段，SpaceX 公司在2019年5月28日發(fā)射的星鏈衛(wèi)星上已經(jīng)采用了氪離子電推力器替代了氙離子電推力器。氪氣目前的市場價(jià)格約為氙氣價(jià)格的5% 。中國航天院所從2010年代起就開始進(jìn)行了氪氙推進(jìn)劑的比較研究。根據(jù)目前公開發(fā)表的文獻(xiàn)稱“在同等電壓，功率下，氪氣比沖略高于氙氣，但推進(jìn)劑的利用率，離子聚焦性能下降。推力器整體性能大約有10%的下降。

（圖-實(shí)踐20號(hào)衛(wèi)星，來源百度百科）

      雖然很多的公開文獻(xiàn)稱電推力器可以應(yīng)用于地球同步靜止軌道衛(wèi)星（GEO），近地軌道衛(wèi)星（LEO），深空探測，軌道維持器等多種應(yīng)用，但目前的電推力器大都應(yīng)用于GEO通信衛(wèi)星。GEO衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)基本沒有變軌任務(wù)要求，毫牛級(jí)的電推力器就可以滿足軌道維持做功的需要。同時(shí)通信衛(wèi)星一般都具有較大的電功率，可以滿足電推進(jìn)系統(tǒng)的電力要求。而其他的衛(wèi)星往往不具備GEO衛(wèi)星的這些特質(zhì)。有的衛(wèi)星有變軌任務(wù)設(shè)計(jì)，化學(xué)推進(jìn)幾天就能到位的軌道飛行，電推進(jìn)需要幾個(gè)月才能完成。有的衛(wèi)星軌道雖然固定，但本身所攜帶的電源功率不夠，如果要增加電源功率，勢必需要設(shè)計(jì)更大的太陽能帆板。而太陽能帆板的增大會(huì)增加發(fā)射重量，巨大的帆板打開后對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)控制也會(huì)構(gòu)成新的挑戰(zhàn)。長征5號(hào)火箭搭載的實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星裝備有四套5KW 功率的LIPS-300離子電推進(jìn)系統(tǒng)，推力為200mN/臺(tái)。據(jù)公開文獻(xiàn)稱，實(shí)踐20號(hào)衛(wèi)星的太陽能帆板面積是中國衛(wèi)星中最大的，其展開機(jī)構(gòu)也是最復(fù)雜的。實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星的太陽能帆板展開后，比波音737飛機(jī)的翼展還要寬上10米。

典型的電推進(jìn)航天器推進(jìn)劑氙氣加載量

2016-2019年，質(zhì)量>50KG,全球地球同步軌道和低地軌道衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量

*2019年全球低地軌道衛(wèi)星發(fā)射數(shù)據(jù)為不區(qū)分衛(wèi)星重量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源-北京空間信息科技研究所歷年公開發(fā)表的數(shù)據(jù)

      2019年中國航天總計(jì)成功執(zhí)行了42次發(fā)射任務(wù)將53顆衛(wèi)星送上軌道。其中實(shí)踐20號(hào)和太極一號(hào)，天琴一號(hào)等采用了電推進(jìn)的衛(wèi)星，還有一些衛(wèi)星也采用了脈沖等離子體電推進(jìn)。實(shí)踐20號(hào)是目前世界上最重的通信星，發(fā)射重量達(dá)到8噸多。該衛(wèi)星采用電推進(jìn)與化學(xué)推進(jìn)混合進(jìn)方案。太極一號(hào)和天琴一號(hào)都是用于微重力和引力波探測的科學(xué)衛(wèi)星。這種衛(wèi)星的軌道與姿態(tài)維持任務(wù)所需的推力十分微小，采用的是微牛頓級(jí)推力器。“太極一號(hào)”上的微推力器μRIT-1，它的最大推力只有幾十微牛。我國目前使用中大功率電推進(jìn)技術(shù)的衛(wèi)星全部都是實(shí)踐系列衛(wèi)星，分別是 - 實(shí)踐9A，13，17，18（發(fā)射失利），20。除實(shí)踐9A是組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)和光學(xué)觀測衛(wèi)星外，其余的都是GEO通信衛(wèi)星。實(shí)踐顧名思義就是“技術(shù)驗(yàn)證”，實(shí)踐系列衛(wèi)星除了承擔(dān)實(shí)際衛(wèi)星功能外還擔(dān)負(fù)著大量新技術(shù)驗(yàn)證的任務(wù)。中國航天的電推進(jìn)技術(shù)目前尚處于初步的實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證階段。各實(shí)踐衛(wèi)星在軌時(shí)間都不長，國產(chǎn)電推力器的全面應(yīng)用還有待于現(xiàn)有型號(hào)通過長期嚴(yán)酷的太空環(huán)境的實(shí)際考驗(yàn)。

      我國發(fā)射的GEO衛(wèi)星除了通信衛(wèi)星外還有北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。2019年我國共計(jì)發(fā)射北斗GEO導(dǎo)航衛(wèi)星3顆，2020年上半年還將發(fā)射兩顆北斗GEO導(dǎo)航衛(wèi)星。目前北斗3號(hào)系統(tǒng)已接近組網(wǎng)完成，全系統(tǒng)衛(wèi)星都采用了化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)，但隨著電推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和可靠性的提高，后繼用于替換和更新的北斗衛(wèi)星也可能使用電推進(jìn)系統(tǒng)。據(jù)悉中國載人航天的某核心艙段的軌道維持飛行也將采用電推力器和化學(xué)推進(jìn)劑并用的方式作為動(dòng)力來源。

（表 -2019年中國航天GEO衛(wèi)星發(fā)射匯總）

     若中國航天每年發(fā)射的電推進(jìn)GEO衛(wèi)星數(shù)量能達(dá)到5顆，綜合衛(wèi)星加注量和地面測試用氣，中國航天GEO衛(wèi)星對(duì)氙氣的需求量預(yù)計(jì)可以達(dá)到300-600立方米/年。歐美衛(wèi)星制造商在國際GEO通訊衛(wèi)星領(lǐng)域占有壟斷性的地位，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2012-2018年歐美共有14家衛(wèi)星制造商獲得了119顆GEO通信衛(wèi)星訂單。但是在2012-2018年期間國際GEO通信衛(wèi)星的發(fā)射數(shù)量是逐年下降的，導(dǎo)致發(fā)射數(shù)量下降的主要原因是市場周期，GEO軌道資源日益飽和新一代的通信衛(wèi)星信道容量不斷的增大。目前全球在軌的全電推進(jìn)GEO通信衛(wèi)星數(shù)量約14顆。可以預(yù)見電推進(jìn)技術(shù)在GEO衛(wèi)星中的廣泛使用會(huì)對(duì)全球氙氣市場的需求產(chǎn)生一定的拉動(dòng)作用。

     近年來，中低軌道（LEO）的星座聯(lián)網(wǎng)通信衛(wèi)星成為公眾矚目的熱議話題。LEO星座衛(wèi)星似有與傳統(tǒng)的GEO通信衛(wèi)星進(jìn)行競爭的態(tài)勢。LEO衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行需要的衛(wèi)星數(shù)量眾多，但是LEO衛(wèi)星自身重量都較小，整個(gè)發(fā)射和運(yùn)行計(jì)劃大量依賴民間融資，對(duì)成本控制較為敏感。所以LEO衛(wèi)星究竟采用那種推進(jìn)系統(tǒng)和如果采用電推進(jìn)系統(tǒng)，究竟采用那種氣體推進(jìn)劑，目前尚不能做出比較明晰的判斷。同時(shí)LEO星座衛(wèi)星的組網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜，用戶接入，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘葐栴}也都有待于解決。