第1114章 離子推進的上星難題
第1114章 離子推進的上星難題
孟志中的態度，確實是非常端正。
但態度好並不能從根本上解決問題。
所謂雙組元推進系統，本質上是一個分別由由液態甲基肼和四氧化二氮作為燃料和氧化劑的化學推進系統。
往大點說，其實火箭發動機本質上也是一種雙組元推進系統。
那麼可想而知，其特徵就非常明顯了——
優點是推力夠大。
尤其對於一顆衛星來說，可以在很短的時間裡完成變軌和姿態調整工作。
至於缺點……
剩下的幾乎都是缺點。
首先，燃料是有限的，實際上衛星壽命在很大程度上取決於所攜帶的燃料能使用多長時間
其次，可想而知，化學燃燒的穩定性實際上很難保證，即便成為燃料電池也一樣，因此很難進行特別精細化的控制。
並且，燃料本身的重量相對於衛星的體量而言占比不低，就功能來說幾乎相當於完全浪費。
此外，隨著燃料的消耗，衛星重心也會發生變化，給星載控制系統憑空增加了很多負荷。
更不用說後期半滿燃料罐中的液體會無可避免地在衛星移動時晃動，進一步影響動作精度……
儘管人們已經為此進行了很多改進，比如常浩南在青鸞二號上就測試過的全新姿態調整算法，但仍然無法根除這些弊端。
實踐七號作為通信驗證星，本身並不要求特別苛刻的通信精度和變軌頻率，可是這又與自主定軌測試的要求不相符合……
總之，在保證實踐七號本身任務正常開展的前提下，能留給孟志中他們用來測試的機會其實少之又少。
效果也難說能很讓人滿意。
而且，本就不多的次數，還得分布在衛星的全壽命周期，也就是未來3-5年內進行。
雖說眼下北斗二代都還沒開始建設，這項技術倒也並不著急投入使用，但經常搞研究的人都會知道，這種零敲碎打的測試方式，其實並不利於項目的正常推進。
在聽過常浩南的顧慮之後，孟志中也跟著表達了自己的無奈：
「這我當然知道……但別說眼下，就算是最近五年，也沒有其它更好的選擇了，其它衛星要麼是明確的功能星不能拿來測試，要麼就是單獨或者雙星系統沒法測試……」
「總不能單獨發射一批衛星，就專門為了測試個自主定軌，而且還只是原理驗證吧？」
其實在未來的商業航天時代，別說衛星，就算火箭都能以打代測。
但那在很大程度上是因為花投資人的錢沒有心理壓力，而且對於失敗和事故的容忍程度也更高。
眼下華夏航天的資源和局面肯定不允許這麼搞。
所以孟志中的謹慎是沒毛病的。
「其實常總你也不用擔心這麼多，衛星的全部運營權，包括設備在內都100%交給你，范總師他們只需要在條件充分的情況下獲取一些變軌運行數據就行。」
其實常浩南這會也已經打算點頭了——
畢竟自己目前的主要精力還是得放在大涵道比渦扇發動機，以及中繼通信鏈路上面，其它項目最多可以提供一些支持，但不可能去挑大樑。
「那……」
但是，就在開口的一瞬間。
他又突然想起了自己前兩年剛接觸海洋一號項目時聽過的一件事。
「孟院士，我記得科學院那邊，前兩年好像在研發一個電推進設備……」
電推進，由於對工質的依賴較低，結構也比較簡單，因此幾乎沒有化學推進帶來的一系列弊端，並且可以拿出驚人（四位數）的高比沖。
唯一的問題就是推力確實是很小。
但對於衛星來說，反正太空環境的阻力幾乎可以忽略不計，推力小點無非工作時間長一些而已。
總的來算，以電推進設備普遍萬小時水平的工作壽命，肯定是比傳統方案堅挺得多。
如果是普通衛星，那過長的變軌時間或許還會給地面測控系統帶來不必要的壓力。
然而對方想要測試的正好是自主定軌技術……
簡直絕配。
前世華夏的電推直到2010年代才真正上星，但從實際情況來看，地面測試其實很早就開始了。
如果能額外提供一部分資源，把時間節點提前幾年應該不是問題。
不過，孟志中對此似乎比常浩南更加了解：
「我知道，金城物理研究所的LIPS-200，電子轟擊式離子推進系統，40mN推力，3000s比沖，壽命1.2萬小時，目前正在進行長壽命地面考核驗證，預計還要進行個1年左右……」
「那不是正好能趕上麼？」
常浩南一拍座椅扶手：
「電推進技術未來太空飛行器的核心技術，跟自主變軌配合得又好，完全可以捏合在一起，打一組衛星上去一起測試。」
「雖然要在地面上等個一兩年功夫，但是測試工作可以集中進行，總比搭實踐七號的便車，隔上幾個月甚至一年才出一組數據要強吧？」
孟志中聞言撓了撓頭，露出有些苦惱的表情：
「LIPS-200其實在短時間內沒有上星的計劃……」
「啊？」
常浩南也是一愣。
「電子轟擊這條技術路線別的都還好，壽命在電推進裡面是低了點，但不搞深空探測的話也足夠用……就是耗電量實在太大。」
孟志中解釋道：
「別說小衛星平台了……東方紅3衛星，在近地軌道的穩定供電能力也才1.7kW，LIPS-200一開機，單推進功率就要用掉1.5千瓦左右……剩下200W，別說任務載荷，就連星上控制系統都不能穩定維持……」
這個數據，常浩南倒是知道：
「那最高供電功率呢？」
常浩南現在最多算是對衛星載荷有些研究，至於整星系統，雖然不可能兩眼一抹黑，但也就是一知半解。
至少肯定比不上孟志中這位專家。
後者幾乎不假思索地給出回答：
「2.3kW……但這個數據沒意義啊？」
星載太陽能電源的輸出具有強烈的非線性特徵，其在低電壓下可以視為恆流源，而高電壓下則為恆壓源，故輸出功率除了受到光照強度和溫度這些外部因素影響外，還與負載出電壓密切相關。
只有在某一特定電壓下，輸出功率才能達到最大。
也就是2.3kW。
但顯然，要想達到這一指標，條件非常苛刻。
星上設備的工作條件複雜，不可能一直這麼穩定。
所以孟志中才評價為沒意義。
而1.7kW，則是工程師根據衛星用電負載的特徵，標定出的一個「大概率能夠實現」的範圍。
其實這個年代的星載設備，性能普遍比較抱歉的同時體積和重量又很大。
相應地，能耗也比較低——
你真要塞那麼多設備，那東方紅3的體量也堆不上去。
所以1.7kW對於一般載荷，比如實踐七號來說，也足夠用了。
只是離子推進在衛星上確實屬於電老虎級別的用電大戶，所以才整出來個缺口。
不過……
也不是沒有辦法。
「咳咳——」
常浩南清了清嗓子：
「我們航空領域有一項最大功率點跟蹤技術，可以根據負載情況實時調節太陽能電源的輸出電壓，讓它能比較穩定地保持在最大功率點附近。」
「其實就是對直接能量傳輸電源系統的主誤差放大電路進行修改，增加一個D/A轉換器和相應控制單元，就能實現基準電壓的變化……代價是電源的極限壽命會下降，但其實一般衛星也很難工作到電源損壞，所以影響或許也不是那麼大……」
對於孟志中來說，這完全是意外之喜。
就好像你原本只是兜里有兩塊零錢，想著找個地方花掉於是買了瓶啤酒。
結果瓶蓋打開發現中了二十萬一樣。
一時間，他甚至都沒來得及感受到喜悅之情。
先湧上來的反而是好奇：
「說個題外話……你們搞飛機的為什麼需要這種技術啊？不是有APU麼，而且發動機本身也能穩定供電？」
「……」
對方這腦迴路也是讓常浩南有點懵。
實際上，這是二十年後用在太陽能長航時飛行器上的基礎技術之一。
但眼下還真不太容易解釋得清。
於是，他只好打個哈哈：
「這不就是因為對於飛機來說沒什麼用，所以我才剛想起來麼……」
孟志中的疑惑顯然沒有完全消失。
但到了這會，剛才沒感覺到的驚喜已經有些後知後覺地占據了情緒中的主導：
「如果真按你說的，那都不用特別精確，只要能把功率提到2.0kW以上，就足夠把LIPS-200給裝上去了！」
常浩南跟著點點頭：
「那我倒是可以在實踐七號上面，順便驗證一下這個最大功率點跟蹤技術……」
(本章完)
孟志中的態度，確實是非常端正。
但態度好並不能從根本上解決問題。
所謂雙組元推進系統，本質上是一個分別由由液態甲基肼和四氧化二氮作為燃料和氧化劑的化學推進系統。
往大點說，其實火箭發動機本質上也是一種雙組元推進系統。
那麼可想而知，其特徵就非常明顯了——
優點是推力夠大。
尤其對於一顆衛星來說，可以在很短的時間裡完成變軌和姿態調整工作。
至於缺點……
剩下的幾乎都是缺點。
首先，燃料是有限的，實際上衛星壽命在很大程度上取決於所攜帶的燃料能使用多長時間
其次，可想而知，化學燃燒的穩定性實際上很難保證，即便成為燃料電池也一樣，因此很難進行特別精細化的控制。
並且，燃料本身的重量相對於衛星的體量而言占比不低，就功能來說幾乎相當於完全浪費。
此外，隨著燃料的消耗，衛星重心也會發生變化，給星載控制系統憑空增加了很多負荷。
更不用說後期半滿燃料罐中的液體會無可避免地在衛星移動時晃動，進一步影響動作精度……
儘管人們已經為此進行了很多改進，比如常浩南在青鸞二號上就測試過的全新姿態調整算法，但仍然無法根除這些弊端。
實踐七號作為通信驗證星，本身並不要求特別苛刻的通信精度和變軌頻率，可是這又與自主定軌測試的要求不相符合……
總之，在保證實踐七號本身任務正常開展的前提下，能留給孟志中他們用來測試的機會其實少之又少。
效果也難說能很讓人滿意。
而且，本就不多的次數，還得分布在衛星的全壽命周期，也就是未來3-5年內進行。
雖說眼下北斗二代都還沒開始建設，這項技術倒也並不著急投入使用，但經常搞研究的人都會知道，這種零敲碎打的測試方式，其實並不利於項目的正常推進。
在聽過常浩南的顧慮之後，孟志中也跟著表達了自己的無奈：
「這我當然知道……但別說眼下，就算是最近五年，也沒有其它更好的選擇了，其它衛星要麼是明確的功能星不能拿來測試，要麼就是單獨或者雙星系統沒法測試……」
「總不能單獨發射一批衛星，就專門為了測試個自主定軌，而且還只是原理驗證吧？」
其實在未來的商業航天時代，別說衛星，就算火箭都能以打代測。
但那在很大程度上是因為花投資人的錢沒有心理壓力，而且對於失敗和事故的容忍程度也更高。
眼下華夏航天的資源和局面肯定不允許這麼搞。
所以孟志中的謹慎是沒毛病的。
「其實常總你也不用擔心這麼多，衛星的全部運營權，包括設備在內都100%交給你，范總師他們只需要在條件充分的情況下獲取一些變軌運行數據就行。」
其實常浩南這會也已經打算點頭了——
畢竟自己目前的主要精力還是得放在大涵道比渦扇發動機，以及中繼通信鏈路上面，其它項目最多可以提供一些支持，但不可能去挑大樑。
「那……」
但是，就在開口的一瞬間。
他又突然想起了自己前兩年剛接觸海洋一號項目時聽過的一件事。
「孟院士，我記得科學院那邊，前兩年好像在研發一個電推進設備……」
電推進，由於對工質的依賴較低，結構也比較簡單，因此幾乎沒有化學推進帶來的一系列弊端，並且可以拿出驚人（四位數）的高比沖。
唯一的問題就是推力確實是很小。
但對於衛星來說，反正太空環境的阻力幾乎可以忽略不計，推力小點無非工作時間長一些而已。
總的來算，以電推進設備普遍萬小時水平的工作壽命，肯定是比傳統方案堅挺得多。
如果是普通衛星，那過長的變軌時間或許還會給地面測控系統帶來不必要的壓力。
然而對方想要測試的正好是自主定軌技術……
簡直絕配。
前世華夏的電推直到2010年代才真正上星，但從實際情況來看，地面測試其實很早就開始了。
如果能額外提供一部分資源，把時間節點提前幾年應該不是問題。
不過，孟志中對此似乎比常浩南更加了解：
「我知道，金城物理研究所的LIPS-200，電子轟擊式離子推進系統，40mN推力，3000s比沖，壽命1.2萬小時，目前正在進行長壽命地面考核驗證，預計還要進行個1年左右……」
「那不是正好能趕上麼？」
常浩南一拍座椅扶手：
「電推進技術未來太空飛行器的核心技術，跟自主變軌配合得又好，完全可以捏合在一起，打一組衛星上去一起測試。」
「雖然要在地面上等個一兩年功夫，但是測試工作可以集中進行，總比搭實踐七號的便車，隔上幾個月甚至一年才出一組數據要強吧？」
孟志中聞言撓了撓頭，露出有些苦惱的表情：
「LIPS-200其實在短時間內沒有上星的計劃……」
「啊？」
常浩南也是一愣。
「電子轟擊這條技術路線別的都還好，壽命在電推進裡面是低了點，但不搞深空探測的話也足夠用……就是耗電量實在太大。」
孟志中解釋道：
「別說小衛星平台了……東方紅3衛星，在近地軌道的穩定供電能力也才1.7kW，LIPS-200一開機，單推進功率就要用掉1.5千瓦左右……剩下200W，別說任務載荷，就連星上控制系統都不能穩定維持……」
這個數據，常浩南倒是知道：
「那最高供電功率呢？」
常浩南現在最多算是對衛星載荷有些研究，至於整星系統，雖然不可能兩眼一抹黑，但也就是一知半解。
至少肯定比不上孟志中這位專家。
後者幾乎不假思索地給出回答：
「2.3kW……但這個數據沒意義啊？」
星載太陽能電源的輸出具有強烈的非線性特徵，其在低電壓下可以視為恆流源，而高電壓下則為恆壓源，故輸出功率除了受到光照強度和溫度這些外部因素影響外，還與負載出電壓密切相關。
只有在某一特定電壓下，輸出功率才能達到最大。
也就是2.3kW。
但顯然，要想達到這一指標，條件非常苛刻。
星上設備的工作條件複雜，不可能一直這麼穩定。
所以孟志中才評價為沒意義。
而1.7kW，則是工程師根據衛星用電負載的特徵，標定出的一個「大概率能夠實現」的範圍。
其實這個年代的星載設備，性能普遍比較抱歉的同時體積和重量又很大。
相應地，能耗也比較低——
你真要塞那麼多設備，那東方紅3的體量也堆不上去。
所以1.7kW對於一般載荷，比如實踐七號來說，也足夠用了。
只是離子推進在衛星上確實屬於電老虎級別的用電大戶，所以才整出來個缺口。
不過……
也不是沒有辦法。
「咳咳——」
常浩南清了清嗓子：
「我們航空領域有一項最大功率點跟蹤技術，可以根據負載情況實時調節太陽能電源的輸出電壓，讓它能比較穩定地保持在最大功率點附近。」
「其實就是對直接能量傳輸電源系統的主誤差放大電路進行修改，增加一個D/A轉換器和相應控制單元，就能實現基準電壓的變化……代價是電源的極限壽命會下降，但其實一般衛星也很難工作到電源損壞，所以影響或許也不是那麼大……」
對於孟志中來說，這完全是意外之喜。
就好像你原本只是兜里有兩塊零錢，想著找個地方花掉於是買了瓶啤酒。
結果瓶蓋打開發現中了二十萬一樣。
一時間，他甚至都沒來得及感受到喜悅之情。
先湧上來的反而是好奇：
「說個題外話……你們搞飛機的為什麼需要這種技術啊？不是有APU麼，而且發動機本身也能穩定供電？」
「……」
對方這腦迴路也是讓常浩南有點懵。
實際上，這是二十年後用在太陽能長航時飛行器上的基礎技術之一。
但眼下還真不太容易解釋得清。
於是，他只好打個哈哈：
「這不就是因為對於飛機來說沒什麼用，所以我才剛想起來麼……」
孟志中的疑惑顯然沒有完全消失。
但到了這會，剛才沒感覺到的驚喜已經有些後知後覺地占據了情緒中的主導：
「如果真按你說的，那都不用特別精確，只要能把功率提到2.0kW以上，就足夠把LIPS-200給裝上去了！」
常浩南跟著點點頭：
「那我倒是可以在實踐七號上面，順便驗證一下這個最大功率點跟蹤技術……」
(本章完)