“商用”电推进的兴起与SpaceX成本战略（四）

“双面”马斯克：目标激进vs步骤谨慎

近几年来，以“星链”星座为代表的大量霍尔电推进在轨应用运行所产生的海量数据，使商用电推进技术达到了过去几十年来的技术迭代深度，并快速积累了大量在轨可靠性样本数据。这也是马斯克能缩短研发周期，快速推出氩气霍尔电推进并得到快速应用的基础。

对我们来说，更多的入轨验证，更多宝贵的在轨运行数据积累，是脚踏实地迎头赶上的必备前提。国内商业卫星对商用电推进的技术验证和技术创新，从未停歇。自2019年8月遨天科技的电推进首次成功入轨并持续提供在轨服务至今，遨天已有25台电推进产品在轨运行。这些产品的数据积累和不断的技术迭代，是我们实现霍尔电推进技术从设想到工程实践再到大规模商业化应用的关键所在。

回顾商用电推进的商业属性特征，我们认为有三点很重要：

（1）“成本（Cost）”战略设计打造产品。在这个框架下，产品需要做到通用化、模块化。在这点上，遨天的商用电推进产品跟Apollo Fusion公司的产品理念不谋而合，都将整个系统分成了四个模块：推力器头、管路模块、PPU和 气瓶组件。四个模块的组合可以很灵活适应不同卫星的性能要求和空间布局要求。

遨天的模块化、通用化电推进产品服务了30余个客户平台

在兼顾成本并通向大功率电推进的路上，除了发展单头大功率电推进型谱，遨天科技团队也发展了模块化阵列式电推进技术方案。这种方案兼顾了成本和可靠性，虽比单头大功率电推进的结构质量增加了一些，但是在可靠性和通用化上有一定优势。有意思的是，Apollo Fusion公司也有类似的技术思路，看来“智者”所见略同。

遨天科技的模块化阵列式电推进技术

Apollo Fusion公司的阵列式电推进

模块化、通用化构建的商用大功率电推进

《流浪地球》中的“行星发动机”阵列，合力“推动”地球

（致敬国产科幻作品，致敬国产电推进技术，谁说我们不能引领创新？）

“人类还得继续改进航天石器时代的石斧和棍棒：化学推进火箭”——刘慈欣《三体》

（2）商业属性的要求下的全面成本管理及产品可靠性保障（商用电推进的难点）。这需要掌握全系统技术和生产流程；马斯克重新定义、设计和制造自己的商用电推进，才有了今天我们看到的氩气商用电推进产品。我们团队从一开始就意识到了这个问题，目前遨天是全自主掌握电推进全系统研发技术的企业，所有部件都是自己设计、制造、组装、测试，真正将成本管理落实到了设计并延伸到了全系统、甚至每个器件上。

（3）脚踏实地，分步前进。在“星链”及其商用电推进的发展道路上，马斯克在技术创新上看着是大胆的，但是在实践上却十分清醒，总结为一句话就是：“分步走”，而不是一步到位。“星链”（星盾）终极版是2t左右，4.2kW的氩气电推进预计是为其配置的。但在整体发展路线上，并没有一步到位，而是分两代走来减小技术难度，每一代里又分了小步骤。第一代，先做300kg左右的小卫星，与之对应的火箭也是运载能力相对小点的猎鹰9可重复使用火箭。这一步主要是验证所有关键技术（从运载到卫星到服务全链条中的关键技术），形成初步的“星链”服务能力。即使已经分代走，降低了技术难度，2018年马斯克还是先发射了两颗小的验证星，做技术验证和演示，2019年才正式进行第一代的发射和组网测试。由于氩气难电离，要想达到跟氙气、氪气相同的推力，卫星需要提供的功率要大的多。300kg的卫星能提供的功率相对有限，氩气的密度又小，第一步就采用氩气并不现实和划算，论证下来还是好电离的氙气和氪气更适合300kg左右的卫星。相比之下采用价格相对氙气更便宜的氪气，成了马斯克第一代“星链”的选择。在一代积累了5年大量在轨数据，进行了技术验证和可靠性验证之后，马斯克才逐步拉开第二代组网序幕。第二代，终极版卫星是1.5t~2t，与之对应的火箭是运载能力大的可重复使用的“星舰”。在这他也并没有一步到位直接跨越到2t的卫星，而是先发射二代mini版750kg的卫星，也是先进行关键技术验证和积累飞行数据。

所以从这个发展历程看，相对终极目标来说，马斯克并没有那么“激进”，而是十分注意技术的循序渐进、在轨样本的积累、飞行经验的积累，这点恰恰是我们应该学习的。国内的商用电推进也要遵循国情和从实际出发，中国电推进的在轨应用和使用落后于西方国家30多年（苏联第一台霍尔电推进上天是1971年，中国第一台霍尔电推进上天是2012年搭载实践9A卫星）。马斯克是在整个西方有20多年应用（从苏联解体后算起）氙气霍尔电推进的经验基础上，开发氪气/氩气商用电推进，但仍然采取了分步走，显得“小心翼翼”。我们现在还没有一颗卫星有全寿命周期霍尔电推进的使用经历；另外，国内低轨商业卫星的参数（重量、功能指标）大多跟马斯克第一代“星链”的300kg卫星相当；对比“星链”循序渐进的发展历程，可以预见，国内卫星还有相当一段时间需要使用氙气/氪气霍尔电推进，积累飞行数据、提高产品可靠性、和积累在轨使用电推进的历程。当然也有人说我们可以一步到位，直接超车，我们也认为应该要进行技术储备，但在应用的时间点上要充分考虑国内商业卫星的发展速度，以及我们国家商业运载能力的提升历程。在现在300kg级别上使用难电离、密度小的氩气，虽然工质成本降低，但储箱体积变大，储箱质量变大，发射费用也增加，卫星有效载荷的体积也会被挤占，并不一定划算。难电离带来的功率增量，也需要综合评估300kg级别卫星的功率情况，是否可以给电推进提供更高的功率。

另外，上文还提到从流出的Space X的二代霍尔工作照片中的羽流颜色判断，我们不认为这是纯氩气的放电，我们猜测工质应该是氩气为主的混合气体。混合工质的好处是既可以降低电离氩气所需的高电压，增大工质密度，减小储箱，又可以兼顾成本。下图就是Xe/Kr混合工质霍尔电推进技术，兼顾了两者的优点。猜测马斯克作为过渡，这次有可能使用的是Kr/Ar混合工质。

遨天科技的氙气/氪气霍尔电推进产品

混合气体霍尔电推进技术

马斯克一直在不断改进提升自己的商用电推进技术，不仅是在提升功率和商业价值方面。这些循序渐进的探索，让人很难不去琢磨，马斯克终极目标是什么？未来火星移民计划，会使用推力可达N级的大功率多环霍尔电推进吗？或者他的目标会不会是另一种推力可从mN到N级灵活调节的大功率电推进VASIMR呢？毕竟，这是一家叫太空探索的科技公司，他不会只停留在中低轨道止步不前的。

最后，我们也殷切希望更多的有志青年加入遨天科技，开创中国自主创新的“商业电推进”时代，赋能人类太空活动，共同努力达成中国自己的太空探索“终极目标”。

大功率多环霍尔电电推进

大功率可变比冲磁等离子体火箭（VASIMR）工程样机

作者：遨天科技 小宇宙

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