純人工機器無法替代 衛星推進劑加註有多難？

推進系統是衛星變軌、位置保持、姿態調整等任務的動力來源，推進劑攜帶量也直接決定了衛星的壽命。尤其是對於高軌道衛星而言，光入軌階段消耗的化學推進劑，就約佔攜帶量的80％。

鑒於衛星攜帶的推進劑在地面進行加註，其加註非常複雜，機器無法替代人工操作。那麼，衛星推進劑加註是不是像汽車加油那樣簡單？

推進系統有兩種

502所作為中國航天科技集團公司五院衛星推進分系統的抓總單位，在國內先後研製出了第一套冷氣推進系統、第一套單組元推進系統、第一套雙組元推進系統和第一套電推進系統，為我國絕大多數衛星提供了推進系統。據502所副所長劉磊介紹，目前，國內外衛星普遍採用液態化學推進劑，推進方式有單組元推進和雙組元推進兩種。

圖為工作人員正在檢測亞太九號衛星

單組元推進系統結構簡單，經濟成本低，使用方便，廣泛應用於近地軌道衛星，如海洋衛星、資源衛星等。這種系統使用無水肼，通過催化分解燃燒產生推力。

另外，液態過氧化氫也可以作為單組元推進劑使用。其燃燒分解為氧氣和水，算是「環境友好型」燃料。同時，它的密度較高、燃燒溫度和敏感性較低，利於推進系統的設計，但其短板是能量低，燃燒比沖僅為無水肼的70%左右。

與單組元推進劑相比，雙組元推進系統成本更高，但能產生更高的能量，選擇範圍更為廣闊。

據劉磊介紹，該系統主要應用於軌道較高、壽命較長的大型衛星，這些衛星目前都在西昌發射，例如我國基於東三、東四平台的北斗導航衛星、大型通信衛星等。

雙組元推進系統使用氧化劑（液態四氧化二氮）和燃燒劑（液態甲基肼）兩種推進劑，火箭上則是四氧化二氮搭配偏二甲肼。二者混合燃燒釋放能量，由推力器產生動力。

推進劑加註危險又複雜

無論是採用單組元推進還是雙組元推進，給衛星加註都是一項和魔鬼打交道的工作。

502所加註衛星最多的老師傅白崑順，將他幹了40年的工作流程簡單複述了一遍：加註時，操作人員要用高壓氦氣把液態推進劑一次性擠壓到衛星推進劑貯箱中，同時進行尾氣處理，用高錳酸鉀和碳酸氫鈉分別中和多餘的甲基肼和四氧化二氮。加註結束後，還要用無水乙醇清洗管道。

502所研究員、推進系統部主任李永告訴記者，衛星在發射場要先加註氧化劑，大約要從早上7點加註到晚上11點；然後進行燃燒劑加註，一般要從早上7點加註到晚上7點。

在我國，這一切工作都需要人員近距離操作，還不能達到「無人化」水平。「操作人員雖然穿著防護服，但若發生推進劑泄漏也存在較大風險。」李永說。

加註火箭燃料更是在刀尖上跳舞。西昌衛星發射中心是中國唯一採用液氫液氧低溫推進劑的發射場。燃料加註時，只要0.019毫焦耳的能量，即一粒大米從一米的高處落下，撞擊地面所產生的能力，就足以把氫氧混合物引爆。

此外，零下200多攝氏度的推進劑能把人凍傷，即業內常說的「低溫燙傷」，人的表皮組織立刻壞死，即便是普通金屬被液氧浸過後，輕輕一碰就能折斷。

化學推進和電推進將並存

目前，電推進系統發展前景愈加被看好。電推進系統可為衛星提供更充沛、高效的動力，對衛星進行更精準的定位與控制。它的優點是工質需求少，工作時間長，比沖高。

對於衛星推進劑加註人員來說，採用電推進技術的衛星在發射前主要加註氙氣。與以往有毒的衛星推進劑相比，氙氣沒有毒性，更加安全。

「不過推力低是它的最大缺點，1千瓦級的電推進系統推力通常只有幾十毫牛。」李永同時指出，考慮到技術成熟度、各航天器的不同應用需求等因素，未來一段時間，化學推進和電推進在航天器上還會長期並存發展，但低成本、無毒化、高能量是永遠的追求方向。

總之，隨著我國衛星推進技術的發展，並不意味著傳統的化學推進劑即將退出歷史舞台，未來，化學推進劑、電推進甚至固體推進劑，都還會在太空中各展神通。因此，衛星推進劑加註工作仍有一定的風險性。（陳立）

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