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【文/觀察者網專欄作者 王宇波】

本周三，我國航天工作者們又把一顆衛星順利的送上了天，那就是實踐十三號通信衛星。不過它還有另外一個名字，那就是中星16號。實踐十三號是我國首顆高通量通信衛星，首次應用Ka頻段多波束寬帶通信系統。在完成試驗驗證以后，衛星將納入“中星”系列，命名為“中星16號”。

實踐十三號衛星工程由國防科工局組織實施。衛星、運載火箭分別由中國航天科技集團公司中國空間技術研究院、中國運載火箭技術研究院研制，地面測控系統由西安衛星測控中心負責，運控和試驗應用系統由中國衛通集團有限公司負責。

中國衛通運營并管理著十多顆在軌通信衛星，而中星十六號將成為其首顆具備ka頻段通信能力的通信衛星

對于中國航天來說，實踐十三號確實創下了多個第一，亮點頗多，那么這些亮點都有些什么特別之處呢？

首先來說說電推

所謂衛星電推，其實應該叫離子推進器。其原理是先將氣體電離，然后用電場力將帶電的離子加速后噴出，以其反作用力推動航天器。由于帶電離子在推進器中會被加到10~18千米/秒的超高速度，因而工質的使用效率非常高，帶來的直接好處就是高達3000秒比沖。

離子推進器

2015年，SpaceX的就一次發射了兩枚全電推進的通信衛星，其中一顆是中國香港亞洲通信公司的ABS-3A，一顆是歐洲的Eutelsat 115 West B。這兩顆衛星都是基于波音BSS-702SP平臺，安裝了四臺XIPS-25離子推進器，比沖達3500秒，推力則只有165mN。由于SpaceX的Falocon9只是把衛星送入了地球同步轉移軌道（GTO），也就是遠地點達到地球同步軌道高度35786千米的橢圓形軌道。

ABS-3A（上）和Eutelsat 115 West B（下），可以看到每個衛星一側都安裝了2臺離子推進器，每個衛星總計4臺

以ABS-3A為例，其軌道定位為西經3度的地球同步軌道（GEO），即便是安裝了四臺離子推進器，其加速度也低到可憐，因而從GTO轉移到GEO將會花費6-8個月的時間才能完成軌道圓化和軌道定點。當然這樣操作也是有好處的，就是能夠最大限度的利用火箭載荷能力，從而降低衛星單位重量的發射成本。對于一顆使用壽命長達15年的通信衛星來說，花上半年時間來緩慢定軌來換取更低的發射成本是非常劃算的。

702sp平臺的軌道發射及圓化過程，整個周期可能長達8個月

而且在工質攜帶足夠的情況下，離子推進器能夠提供極長的加速時間，NASA的離子推進動力樣機曾持續工作48000小時，超過五年半。在達到這個工作時間之后，該推進器被關閉，在整個實驗過程中，這臺推進器消耗了870公斤的氙推進劑。如果這套動力使用到深空探測器上，那么至少可以將探測器加速到每秒40公里的速度。如果使用傳統的化學燃料推進器，至少需要消耗10噸的燃料，這不僅將極大的擠占探測器的有效載荷空間，對于發射探測器的火箭來說，要求也高了不少。

離子推進器原理示意圖

而此次實踐十三號衛星安裝了四臺200毫米口徑的LIPS-200離子推進器。LIPS-200是由中國航天科技集團公司五院510所自主研制的中國首個衛星用200毫米離子電推進系統，地面壽命及可靠性試驗累計工作時間達到6000小時，開關機3000次。單臺推進器的額定推力40mN，比沖達3000s，相比之下化學火箭發動機中比沖最高的氫氧發動機也只有400多秒。

中國航天200毫米離子電推進系統

航天科技在此基礎上開發了又LIPS-200+、LIPS-100、LIPS-300系列離子電推進系統。這些推進器的功率大多在1千瓦至5千瓦量級。中國空間技術研究院計劃在2020年完成50千瓦量級大功率推力器的關鍵技術攻關。如果將40個這樣的推力器組成陣列，可讓300噸量級的飛船在200天左右到達火星。

從短期內考慮，我國自行研發的離子推進器在通信衛星等地球圈內航天器上使用成熟之后，必將會應用到以后的深空探測器上，來滿足長時間加速和不斷變軌的需求。