北京星辰空間科技有限公司（簡(jiǎn)稱：星辰空間）300W氙工質(zhì)霍爾推進(jìn)系統(tǒng)隨天儀研究院研制的TY26星于2023年6月7日成功發(fā)射入軌，6月28日開(kāi)始在軌點(diǎn)火驗(yàn)證，首先完成了管路除氣、陰極激活等預(yù)處理工作，6月29日完成了基于壓傳流量閉環(huán)控制下的正常點(diǎn)火，點(diǎn)火過(guò)程圓滿順利，推進(jìn)系統(tǒng)各參數(shù)正常和地面測(cè)試數(shù)據(jù)吻合。

圖 1 星辰空間300W霍爾電推進(jìn)

     圖 2分別給出了WGS84系下衛(wèi)星TY26軌道位置和電推進(jìn)系統(tǒng)陽(yáng)極點(diǎn)火過(guò)程的放電電流實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)。

     在6月30日分別完成了基于壓傳流量閉環(huán)控制和基于陽(yáng)極電流流量閉環(huán)控制點(diǎn)火，尤其是在軌驗(yàn)證了國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的陽(yáng)極電流閉環(huán)控制的霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)點(diǎn)火。

圖 2 實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)

     圖 3給出了基于陽(yáng)極電流的流量閉環(huán)控制點(diǎn)火部分遙測(cè)數(shù)據(jù)。

圖 3  基于陽(yáng)極電流流量閉環(huán)控制點(diǎn)火的星上電氣及控制參數(shù)

     與地面單獨(dú)推力的性能點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果比對(duì)，可知在陽(yáng)極電壓250V和陽(yáng)極電流0.76A時(shí)（為本次在軌電推進(jìn)系統(tǒng)小推力工作模式），推力為10.5mN，再結(jié)合對(duì)應(yīng)點(diǎn)火前后GNSS軌道數(shù)據(jù)和整星重量值，上述推力器性能指標(biāo)與GNSS軌道反算推力結(jié)果吻合。

     點(diǎn)火過(guò)程中基于陽(yáng)極電流的比例閥小流量控制，其計(jì)算控制誤差小于0.01（如圖 2所示），其實(shí)測(cè)陽(yáng)極電流控制標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.006157155，由地面標(biāo)定結(jié)果反算到推力穩(wěn)態(tài)精度則優(yōu)于1%，可滿足諸如SAR衛(wèi)星等管道等高精度軌道控制場(chǎng)景需求。

     截止7月2日共計(jì)霍爾電推完成了15次在軌點(diǎn)火，均一次成功，累計(jì)點(diǎn)火時(shí)長(zhǎng)超60分鐘，初步驗(yàn)證了星辰空間300W霍爾推進(jìn)系統(tǒng)在軌工作的穩(wěn)定性和可靠性。此次霍爾電推在軌成功點(diǎn)火，使星辰空間成為國(guó)內(nèi)唯一化推和電推在軌首飛均一次成功的商業(yè)航天公司。

     星辰空間的氙氣電推進(jìn)系統(tǒng)采用霍爾推進(jìn)技術(shù)，產(chǎn)品創(chuàng)新和滿足航天質(zhì)量要求并舉，創(chuàng)新的目標(biāo)在滿足產(chǎn)品性能、可靠性和成本達(dá)成了統(tǒng)一，此次在軌點(diǎn)火成功也驗(yàn)證了公司諸多首創(chuàng)技術(shù)。

     (1) 作為國(guó)內(nèi)首個(gè)單線圈磁屏蔽霍爾推力器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、技術(shù)指標(biāo)性能達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平；

     (2) 國(guó)內(nèi)首次在軌成功驗(yàn)證了比例閥小流量連續(xù)閉環(huán)控制和陽(yáng)極電流閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了推力一定范圍內(nèi)的連續(xù)實(shí)時(shí)可調(diào)，極大地提高了推力穩(wěn)態(tài)精度，流量控制具有壓傳閉環(huán)和陽(yáng)極電流閉環(huán)等多種冗余控制方式，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)可靠性。

     (3) 電推進(jìn)系統(tǒng)軟件具備在軌重構(gòu)能力和智能化，針對(duì)在軌單粒子效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新的軟備份功能，可對(duì)用戶進(jìn)行透明式切換執(zhí)行；對(duì)于在軌陽(yáng)極打火問(wèn)題采用了獨(dú)創(chuàng)的擴(kuò)張狀態(tài)微分觀測(cè)器進(jìn)行陽(yáng)極電流變化實(shí)時(shí)預(yù)估，可實(shí)現(xiàn)大浪涌預(yù)警處理，確保整星用電安全。

     此外，星辰空間300W氪工質(zhì)霍爾推進(jìn)系統(tǒng)計(jì)劃于9月份搭載某末子級(jí)入軌，該系統(tǒng)包含2臺(tái)300W氪氣推力器，2臺(tái)貯供，1臺(tái)PPCU，1個(gè)氣瓶。預(yù)計(jì)可在軌驗(yàn)證2臺(tái)不同技術(shù)狀態(tài)的300W氪工質(zhì)推力器點(diǎn)火狀態(tài)、性能和穩(wěn)定性；這次飛行任務(wù)，同時(shí)還要驗(yàn)證25MPa氪氣貯供系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械調(diào)壓的流量控制、壓傳閉環(huán)的流量控制和陽(yáng)極電流閉環(huán)的流量控制，為后續(xù)各型號(hào)氪工質(zhì)霍爾推進(jìn)系統(tǒng)在軌使用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖 4 某末子級(jí)300W氪工質(zhì)霍爾推進(jìn)系統(tǒng)布局

     北京星辰空間科技有限公司成立于2019年12月25日，公司目前完全自主研發(fā)的產(chǎn)品覆蓋了霍爾推進(jìn)、離子推進(jìn)、化學(xué)推進(jìn)和冷氣推進(jìn)等，其中霍爾產(chǎn)品譜系豐富覆蓋了100W、200W、300W、600W和1700W等不同功率霍爾電推產(chǎn)品，可滿足30~1500kg級(jí)衛(wèi)星在軌長(zhǎng)期機(jī)動(dòng)和長(zhǎng)壽命需求，其中200W以上（含）霍爾電推可采用氙/氪兩種工質(zhì)，具有在軌飛行經(jīng)歷，其性能指標(biāo)均處于國(guó)際先進(jìn)水平。公司多款霍爾電推已經(jīng)為國(guó)家多個(gè)重大型號(hào)進(jìn)行配套。

     化學(xué)推進(jìn)產(chǎn)品包括0.25N、0.5N、1N、5N、10N和20N等單組元和雙組元推進(jìn)，產(chǎn)品成熟可靠，具有在軌飛行經(jīng)歷，可適用于微納星到大衛(wèi)星的快速機(jī)動(dòng)和軌控需求。此外公司還研發(fā)出mN級(jí)低成本電阻式推進(jìn)，可滿足低成本商業(yè)應(yīng)用需求。

     公司是目前唯一自主掌握600W以上中高功率霍爾電推進(jìn)、300~1700W 霍爾氪氣電推進(jìn)、陰極和低功率離子射頻電推進(jìn)等核心關(guān)鍵技術(shù)的商業(yè)推進(jìn)公司。