电力推进器让“死卫星”不再变垃圾

据英国媒体报道，英国萨里卫星技术公司(SSTL)的研究人员正在开展一项计划，其设计用于小卫星的微型电力推进器，可以将卫星安全带回地球大气层，在空中烧尽，从而避免产生太空垃圾，控制低空轨道的卫星拥挤状况。这项技术还可以将小卫星送到更远的太空。

由于成本低、开发周期短，小卫星的发展越来越快。在对地观测卫星中，小卫星所占比重越来越大。世界各国，包括许多第三世界国家，都在发展自己的小卫星产业。然而，小卫星制造却面临一些困难，如太空垃圾、燃料安全性、质量限制等。

太空垃圾是目前卫星工业面临的一个越来越严重的问题，尤其是700~900千米的低空环地轨道有许多废旧、损坏的卫星和卫星碎片。仅靠地球重力把它们“拉”回来的话，这些碎片还要在太空飘浮数十年，而它们会影响甚至破坏正在运行的卫星。 SSTL的研究人员正在设计的电力推进器——脉冲等离子体推进器，可以让卫星“自律”，避免在生命终止后继续扰乱轨道秩序。

让卫星可以脱离轨道是设计这种推进器的初始目的，然而现在，研究人员发现推进器还可用于其他用途。他们希望这种电力推进器可以有朝一日取代现在使用的化学能推进器，成为小卫星的主要电力来源。

大型太空任务通常会搭载小卫星，而卫星上的燃料推进物对太空飞船来说是一个潜在危险。电力推进器的能量来自太阳能，与之相比更加安全。另外，小卫星只能携带较少的化学能燃料，所以只能在低空轨道运行。要把小卫星放飞到更远的轨道，必须有更多燃料。尽管目前小卫星在低空轨道很有竞争力，但是大卫星仍然霸占着像月球或太阳计划这样的大型任务。而使用微型电力推进器，小卫星也有可能完成这些任务。

据《工程师》杂志报道，同传统化学能推进器相比，在小型卫星上使用电力推进器的一大好处就是燃料的能量转化率更高，因此更节省能源和空间。比冲（specific impulse，Isp）是衡量推进器推进力的单位。研究人员表示，化学能推进器的推进力可以达到350或者400比冲。但电力推进器的推进力一般在 2000~10000比冲。因此，使用电力推进器成本较低，而且小卫星上还会有更多的空间增加其他器件。这也就意味着，将来小卫星可以承担过去只有大卫星才能完成的任务。

然而，制造电力推进的小卫星也面临许多设计难题的挑战。电力推进器的能量来自太阳能板，通过电池储存。这对于大型卫星不成问题，但对只有电视机或者洗衣机那么大的卫星来说，最大的限制是太阳能板能提供多少电能，并不是所有的电力推进器都可以在这个能量范围内工作。

SSTL的研究人员将在今年夏天测试他们的等离子体脉冲推进器模型。

SSTL公司是专门进行高性能小卫星设计、制造和运行的公司。1985年由英国萨里大学 (University of Surrey)成立，专门负责将萨里大学小卫星工程研究方面的创新成果商业化。同时，它也是世界上第一家提供低成本、短生产周期、先进地面技术小卫星的专业组织。

作者：陈欢欢 来源：科学时报