追尋深空探索的動力之源

從美國“旅行者1號”飛船進入星際空間，到中國“嫦娥四號”計劃世界首次月球背面著陸巡視探測……人類放眼“星辰大海”的步伐已經越來越快。

航天發展，動力先行。

推進系統一直承載著人類進入太空、探索宇宙的夢想，被稱為人類空間技術事業發展的基石。傳統推進系統能否支撐星際旅行的夢想？

因為在航天器性能、壽命和飛行速度方面受到限制，傳統的化學推進已然不能滿足當今不同衛星平臺的任務需求。與之相比，霍爾電推進可以節約大量推進劑，被廣泛用作地球同步軌道衛星和深空探測等任務的主推進系統。

但是，電推進器工作時產生的羽流（指從發動機噴管噴射出來的羽毛狀的高速高溫燃氣流，是一種氣體分子濃度大、電子密度和電子碰撞頻率都很高的弱等離子體）有可能撞擊表面板和光學電子儀器，造成粒子污染，使航天器表面及儀器性能退化，從而對航天器工作造成不良影響，甚至影響其工作壽命。而且，由于真空環境下的羽流很難進行實驗模擬，真空羽流場的實驗研究一直很難進行。

于達仁，哈爾濱工業大學能源科學與工程學院教授，針對霍爾電推進羽流發散角大影響性能和壽命的世界性難題，歷經14年攻關，終有所成。

2016年11月3日，哈工大空間電推進技術取得重大進展，和中國航天科技集團公司第五研究院第五〇二研究所聯合研制的磁聚焦霍爾推力器HEP-100MF成功搭載長征五號運載火箭在實踐十七號衛星上進行了飛行驗證。

這個推進器就出自于達仁團隊之手。這個成果也被評為“2016年度高校十大科技進展”。

它厲害在哪里？

此前國內外研究普遍表明，高放電電壓下（Ud≥500V）推力器會出現如電子電流增大、電子溫度升高達到“飽和”、電離過程加速過程穩定性惡化放電振蕩增大、羽流發散、推力器超溫和絕緣失效等問題。如何在高電壓工況下實現推力器的等離子體束流控制及聚焦，減少等離子體與壁面作用的產熱？

針對這一關鍵問題，于達仁團隊建立了壁面非光滑形貌下電子無碰撞傳導的理論，發現了勵磁回路與放電回路間的耦合振蕩，修正了靜態磁場的設計理念；建立了放電穩定性的理論判據，提出了壁角離子濺射腐蝕穩定性判據及壁面減速腐蝕機理；他們突破了寬范圍磁聚焦、熱/電/磁耦合設計、放電低頻振蕩控制、低功耗高可靠空心陰極穩定放電等關鍵技術，研制成功磁聚焦霍爾推力器HEP-100MF。較國外同類產品，降低推力器燃料消耗20%，羽流發散角減小了60%。

這一系列突破，為我國新一代長壽命航天平臺提供了具有自主知識產權的新型電推進技術，同時將為我國新一代通信衛星、遙感衛星、空間站及深空探測提供技術支撐，可廣泛應用于我國新一代全電推進通信衛星平臺。

這也是國際電推進技術發展史上的一個重要里程碑。這是世界首次實現磁聚焦霍爾推力器空間應用。它采用的新一代霍爾推力器技術，代表著國際上目前的主流發展方向。

目前，該磁聚焦霍爾推力器已完成了包括點火、性能標定、長穩態測試及衛星系統兼容性等所有在軌考核，各項參數均滿足指標要求，其中磁聚焦與羽流發散角控制技術達到國際領先水平。

除這一成果外，針對航天、國防在動力方面的需求，提升技術創新和成果轉化能力，于達仁教授團隊面向高超聲速推進這一國家重大戰略需求和學術前沿，研究成果涉及航空、航天未來關鍵動力領域，解決了部分我國在航空、航天等行業亟需解決的技術難題，成果總體達到了國內領先、國際先進水平。

近五年來，研究團隊承擔了包括863、973、國家自然科學基金群體及面上項目、武器裝備預研、國防基礎科研等國家級科研項目近50項；獲省部級一等獎2項、二等獎1項；申請國家發明專利70余項（授權40余項）。至今為止共發表學術論文500余篇，SCI、EI分別收錄300余篇。

我國是近年來深空探測領域的“新星”，探月是近期主要任務，火星探測計劃在2020年之后，此外中國科學家還提出了多項空間探測計劃。

浩渺宇宙，有無限秘密等著人類去探尋，而在未來，這些飛向太空的“中國星”身上，需要裝一顆支撐她遠航的“中國心”。

人物簡介

于達仁，哈爾濱工業大學能源科學與工程學院教授。1981年至今一直在哈爾濱工業大學學習和工作。2009年入選長江學者特聘教授，并獲得國家杰出青年基金。2009年至今任動力工程學會、工程熱物理學會理事，宇航學會電推進專業委員會常務副主任。