第1114章 离子推进的上星难题
何以笙箫默小说小说推荐阅读：踏星、灵境行者、北阴大圣、快穿：反派女主满级之后、光明壁垒、我有一个武道世界、宇宙职业选手、机武风暴、古神在低语、深海余烬、这个文字冒险游戏绝对有毒、拯救诸天单身汉、从大学讲师到首席院士
孟志中的态度，确实是非常端正。
但态度好并不能从根本上解决问题。
所谓双组元推进系统，本质上是一个分别由由液态甲基肼和四氧化二氮作为燃料和氧化剂的化学推进系统。
往大点说，其实火箭发动机本质上也是一种双组元推进系统。
那么可想而知，其特征就非常明显了——
优点是推力够大。
尤其对于一颗卫星来说，可以在很短的时间里完成变轨和姿态调整工作。
至于缺点……
剩下的几乎都是缺点。
首先，燃料是有限的，实际上卫星寿命在很大程度上取决于所携带的燃料能使用多长时间
其次，可想而知，化学燃烧的稳定性实际上很难保证，即便成为燃料电池也一样，因此很难进行特别精细化的控制。
并且，燃料本身的重量相对于卫星的体量而言占比不低，就功能来说几乎相当于完全浪费。
此外，随着燃料的消耗，卫星重心也会发生变化，给星载控制系统凭空增加了很多负荷。
更不用说后期半满燃料罐中的液体会无可避免地在卫星移动时晃动，进一步影响动作精度……
尽管人们已经为此进行了很多改进，比如常浩南在青鸾二号上就测试过的全新姿态调整算法，但仍然无法根除这些弊端。
实践七号作为通信验证星，本身并不要求特别苛刻的通信精度和变轨频率，可是这又与自主定轨测试的要求不相符合……
总之，在保证实践七号本身任务正常开展的前提下，能留给孟志中他们用来测试的机会其实少之又少。
效果也难说能很让人满意。
而且，本就不多的次数，还得分布在卫星的全寿命周期，也就是未来3-5年内进行。
虽说眼下北斗二代都还没开始建设，这项技术倒也并不着急投入使用，但经常搞研究的人都会知道，这种零敲碎打的测试方式，其实并不利于项目的正常推进。
在听过常浩南的顾虑之后，孟志中也跟着表达了自己的无奈：
“这我当然知道……但别说眼下，就算是最近五年，也没有其它更好的选择了，其它卫星要么是明确的功能星不能拿来测试，要么就是单独或者双星系统没法测试……”
“总不能单独发射一批卫星，就专门为了测试个自主定轨，而且还只是原理验证吧？”
其实在未来的商业航天时代，别说卫星，就算火箭都能以打代测。
但那在很大程度上是因为花投资人的钱没有心理压力，而且对于失败和事故的容忍程度也更高。
眼下华夏航天的资源和局面肯定不允许这么搞。
所以孟志中的谨慎是没毛病的。
“其实常总你也不用担心这么多，卫星的全部运营权，包括设备在内都100%交给你，范总师他们只需要在条件充分的情况下获取一些变轨运行数据就行。”
其实常浩南这会也已经打算点头了——
毕竟自己目前的主要精力还是得放在大涵道比涡扇发动机，以及中继通信链路上面，其它项目最多可以提供一些支持，但不可能去挑大梁。
“那……”
但是，就在开口的一瞬间。
他又突然想起了自己前两年刚接触海洋一号项目时听过的一件事。
“孟院士，我记得科学院那边，前两年好像在研发一个电推进设备……”
电推进，由于对工质的依赖较低，结构也比较简单，因此几乎没有化学推进带来的一系列弊端，并且可以拿出惊人（四位数）的高比冲。
唯一的问题就是推力确实是很小。
但对于卫星来说，反正太空环境的阻力几乎可以忽略不计，推力小点无非工作时间长一些而已。
总的来算，以电推进设备普遍万小时水平的工作寿命，肯定是比传统方案坚挺得多。
如果是普通卫星，那过长的变轨时间或许还会给地面测控系统带来不必要的压力。
然而对方想要测试的正好是自主定轨技术……
简直绝配。
前世华夏的电推直到2010年代才真正上星，但从实际情况来看，地面测试其实很早就开始了。
如果能额外提供一部分资源，把时间节点提前几年应该不是问题。
不过，孟志中对此似乎比常浩南更加了解：
“我知道，金城物理研究所的LIPS-200，电子轰击式离子推进系统，40mN推力，3000s比冲，寿命1.2万小时，目前正在进行长寿命地面考核验证，预计还要进行个1年左右……”
“那不是正好能赶上么？”
常浩南一拍座椅扶手：
“电推进技术未来航天器的核心技术，跟自主变轨配合得又好，完全可以捏合在一起，打一组卫星上去一起测试。”
“虽然要在地面上等个一两年功夫，但是测试工作可以集中进行，总比搭实践七号的便车，隔上几个月甚至一年才出一组数据要强吧？”
孟志中闻言挠了挠头，露出有些苦恼的表情：
“LIPS-200其实在短时间内没有上星的计划……”
“啊？”
常浩南也是一愣。
“电子轰击这条技术路线别的都还好，寿命在电推进里面是低了点，但不搞深空探测的话也足够用……就是耗电量实在太大。”
孟志中解释道：
“别说小卫星平台了……东方红3卫星，在近地轨道的稳定供电能力也才1.7kW，LIPS-200一开机，单推进功率就要用掉1.5千瓦左右……剩下200W，别说任务载荷，就连星上控制系统都不能稳定维持……”
这个数据，常浩南倒是知道：
“那最高供电功率呢？”
常浩南现在最多算是对卫星载荷有些研究，至于整星系统，虽然不可能两眼一抹黑，但也就是一知半解。
至少肯定比不上孟志中这位专家。
后者几乎不假思索地给出回答：
“2.3kW……但这个数据没意义啊？”
星载太阳能电源的输出具有强烈的非线性特征，其在低电压下可以视为恒流源，而高电压下则为恒压源，故输出功率除了受到光照强度和温度这些外部因素影响外，还与负载出电压密切相关。
只有在某一特定电压下，输出功率才能达到最大。
也就是2.3kW。
但显然，要想达到这一指标，条件非常苛刻。
星上设备的工作条件复杂，不可能一直这么稳定。
所以孟志中才评价为没意义。
而1.7kW，则是工程师根据卫星用电负载的特征，标定出的一个“大概率能够实现”的范围。
其实这个年代的星载设备，性能普遍比较抱歉的同时体积和重量又很大。
相应地，能耗也比较低——
你真要塞那么多设备，那东方红3的体量也堆不上去。
所以1.7kW对于一般载荷，比如实践七号来说，也足够用了。
只是离子推进在卫星上确实属于电老虎级别的用电大户，所以才整出来个缺口。
不过……
也不是没有办法。
“咳咳——”
常浩南清了清嗓子：
“我们航空领域有一项最大功率点跟踪技术，可以根据负载情况实时调节太阳能电源的输出电压，让它能比较稳定地保持在最大功率点附近。”
“其实就是对直接能量传输电源系统的主误差放大电路进行修改，增加一个D/A转换器和相应控制单元，就能实现基准电压的变化……代价是电源的极限寿命会下降，但其实一般卫星也很难工作到电源损坏，所以影响或许也不是那么大……”
对于孟志中来说，这完全是意外之喜。
就好像你原本只是兜里有两块零钱，想着找个地方花掉于是买了瓶啤酒。
结果瓶盖打开发现中了二十万一样。
一时间，他甚至都没来得及感受到喜悦之情。
先涌上来的反而是好奇：
“说个题外话……你们搞飞机的为什么需要这种技术啊？不是有APU么，而且发动机本身也能稳定供电？”
“……”
对方这脑回路也是让常浩南有点懵。
实际上，这是二十年后用在太阳能长航时飞行器上的基础技术之一。
但眼下还真不太容易解释得清。
于是，他只好打个哈哈：
“这不就是因为对于飞机来说没什么用，所以我才刚想起来么……”
孟志中的疑惑显然没有完全消失。
但到了这会，刚才没感觉到的惊喜已经有些后知后觉地占据了情绪中的主导：
“如果真按你说的，那都不用特别精确，只要能把功率提到2.0kW以上，就足够把LIPS-200给装上去了！”
常浩南跟着点点头：
“那我倒是可以在实践七号上面，顺便验证一下这个最大功率点跟踪技术……”
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但态度好并不能从根本上解决问题。
所谓双组元推进系统，本质上是一个分别由由液态甲基肼和四氧化二氮作为燃料和氧化剂的化学推进系统。
往大点说，其实火箭发动机本质上也是一种双组元推进系统。
那么可想而知，其特征就非常明显了——
优点是推力够大。
尤其对于一颗卫星来说，可以在很短的时间里完成变轨和姿态调整工作。
至于缺点……
剩下的几乎都是缺点。
首先，燃料是有限的，实际上卫星寿命在很大程度上取决于所携带的燃料能使用多长时间
其次，可想而知，化学燃烧的稳定性实际上很难保证，即便成为燃料电池也一样，因此很难进行特别精细化的控制。
并且，燃料本身的重量相对于卫星的体量而言占比不低，就功能来说几乎相当于完全浪费。
此外，随着燃料的消耗，卫星重心也会发生变化，给星载控制系统凭空增加了很多负荷。
更不用说后期半满燃料罐中的液体会无可避免地在卫星移动时晃动，进一步影响动作精度……
尽管人们已经为此进行了很多改进，比如常浩南在青鸾二号上就测试过的全新姿态调整算法，但仍然无法根除这些弊端。
实践七号作为通信验证星，本身并不要求特别苛刻的通信精度和变轨频率，可是这又与自主定轨测试的要求不相符合……
总之，在保证实践七号本身任务正常开展的前提下，能留给孟志中他们用来测试的机会其实少之又少。
效果也难说能很让人满意。
而且，本就不多的次数，还得分布在卫星的全寿命周期，也就是未来3-5年内进行。
虽说眼下北斗二代都还没开始建设，这项技术倒也并不着急投入使用，但经常搞研究的人都会知道，这种零敲碎打的测试方式，其实并不利于项目的正常推进。
在听过常浩南的顾虑之后，孟志中也跟着表达了自己的无奈：
“这我当然知道……但别说眼下，就算是最近五年，也没有其它更好的选择了，其它卫星要么是明确的功能星不能拿来测试，要么就是单独或者双星系统没法测试……”
“总不能单独发射一批卫星，就专门为了测试个自主定轨，而且还只是原理验证吧？”
其实在未来的商业航天时代，别说卫星，就算火箭都能以打代测。
但那在很大程度上是因为花投资人的钱没有心理压力，而且对于失败和事故的容忍程度也更高。
眼下华夏航天的资源和局面肯定不允许这么搞。
所以孟志中的谨慎是没毛病的。
“其实常总你也不用担心这么多，卫星的全部运营权，包括设备在内都100%交给你，范总师他们只需要在条件充分的情况下获取一些变轨运行数据就行。”
其实常浩南这会也已经打算点头了——
毕竟自己目前的主要精力还是得放在大涵道比涡扇发动机，以及中继通信链路上面，其它项目最多可以提供一些支持，但不可能去挑大梁。
“那……”
但是，就在开口的一瞬间。
他又突然想起了自己前两年刚接触海洋一号项目时听过的一件事。
“孟院士，我记得科学院那边，前两年好像在研发一个电推进设备……”
电推进，由于对工质的依赖较低，结构也比较简单，因此几乎没有化学推进带来的一系列弊端，并且可以拿出惊人（四位数）的高比冲。
唯一的问题就是推力确实是很小。
但对于卫星来说，反正太空环境的阻力几乎可以忽略不计，推力小点无非工作时间长一些而已。
总的来算，以电推进设备普遍万小时水平的工作寿命，肯定是比传统方案坚挺得多。
如果是普通卫星，那过长的变轨时间或许还会给地面测控系统带来不必要的压力。
然而对方想要测试的正好是自主定轨技术……
简直绝配。
前世华夏的电推直到2010年代才真正上星，但从实际情况来看，地面测试其实很早就开始了。
如果能额外提供一部分资源，把时间节点提前几年应该不是问题。
不过，孟志中对此似乎比常浩南更加了解：
“我知道，金城物理研究所的LIPS-200，电子轰击式离子推进系统，40mN推力，3000s比冲，寿命1.2万小时，目前正在进行长寿命地面考核验证，预计还要进行个1年左右……”
“那不是正好能赶上么？”
常浩南一拍座椅扶手：
“电推进技术未来航天器的核心技术，跟自主变轨配合得又好，完全可以捏合在一起，打一组卫星上去一起测试。”
“虽然要在地面上等个一两年功夫，但是测试工作可以集中进行，总比搭实践七号的便车，隔上几个月甚至一年才出一组数据要强吧？”
孟志中闻言挠了挠头，露出有些苦恼的表情：
“LIPS-200其实在短时间内没有上星的计划……”
“啊？”
常浩南也是一愣。
“电子轰击这条技术路线别的都还好，寿命在电推进里面是低了点，但不搞深空探测的话也足够用……就是耗电量实在太大。”
孟志中解释道：
“别说小卫星平台了……东方红3卫星，在近地轨道的稳定供电能力也才1.7kW，LIPS-200一开机，单推进功率就要用掉1.5千瓦左右……剩下200W，别说任务载荷，就连星上控制系统都不能稳定维持……”
这个数据，常浩南倒是知道：
“那最高供电功率呢？”
常浩南现在最多算是对卫星载荷有些研究，至于整星系统，虽然不可能两眼一抹黑，但也就是一知半解。
至少肯定比不上孟志中这位专家。
后者几乎不假思索地给出回答：
“2.3kW……但这个数据没意义啊？”
星载太阳能电源的输出具有强烈的非线性特征，其在低电压下可以视为恒流源，而高电压下则为恒压源，故输出功率除了受到光照强度和温度这些外部因素影响外，还与负载出电压密切相关。
只有在某一特定电压下，输出功率才能达到最大。
也就是2.3kW。
但显然，要想达到这一指标，条件非常苛刻。
星上设备的工作条件复杂，不可能一直这么稳定。
所以孟志中才评价为没意义。
而1.7kW，则是工程师根据卫星用电负载的特征，标定出的一个“大概率能够实现”的范围。
其实这个年代的星载设备，性能普遍比较抱歉的同时体积和重量又很大。
相应地，能耗也比较低——
你真要塞那么多设备，那东方红3的体量也堆不上去。
所以1.7kW对于一般载荷，比如实践七号来说，也足够用了。
只是离子推进在卫星上确实属于电老虎级别的用电大户，所以才整出来个缺口。
不过……
也不是没有办法。
“咳咳——”
常浩南清了清嗓子：
“我们航空领域有一项最大功率点跟踪技术，可以根据负载情况实时调节太阳能电源的输出电压，让它能比较稳定地保持在最大功率点附近。”
“其实就是对直接能量传输电源系统的主误差放大电路进行修改，增加一个D/A转换器和相应控制单元，就能实现基准电压的变化……代价是电源的极限寿命会下降，但其实一般卫星也很难工作到电源损坏，所以影响或许也不是那么大……”
对于孟志中来说，这完全是意外之喜。
就好像你原本只是兜里有两块零钱，想着找个地方花掉于是买了瓶啤酒。
结果瓶盖打开发现中了二十万一样。
一时间，他甚至都没来得及感受到喜悦之情。
先涌上来的反而是好奇：
“说个题外话……你们搞飞机的为什么需要这种技术啊？不是有APU么，而且发动机本身也能稳定供电？”
“……”
对方这脑回路也是让常浩南有点懵。
实际上，这是二十年后用在太阳能长航时飞行器上的基础技术之一。
但眼下还真不太容易解释得清。
于是，他只好打个哈哈：
“这不就是因为对于飞机来说没什么用，所以我才刚想起来么……”
孟志中的疑惑显然没有完全消失。
但到了这会，刚才没感觉到的惊喜已经有些后知后觉地占据了情绪中的主导：
“如果真按你说的，那都不用特别精确，只要能把功率提到2.0kW以上，就足够把LIPS-200给装上去了！”
常浩南跟着点点头：
“那我倒是可以在实践七号上面，顺便验证一下这个最大功率点跟踪技术……”
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