美国普渡大学研发出以水为推进剂的小卫星推进系统

　　8月5~10日，美国航空航天学会（AIAA）在犹他州召开第31届小卫星会议，美国普渡大学在会上展示了一种以水为推进剂的小卫星推进系统，引起广泛关注。

　　一、基本情况
　　随着小卫星技术的发展和应用领域的不断扩大，对微推进系统提出了越来越迫切的需求。由于小卫星具有体积小、质量轻、转动惯量小等特点，为精确实现其轨道调整、引力补偿、位置保持、轨道机动和姿态控制等操作，必须开发出具有高集成度、低功耗、小推力和微冲量等特点的微推进系统。传统微电推进、微冷气推进和微激光等离子体推进等方式因体积和质量过于庞大而不再适用，而以微机电系统技术为基础的新型微推进系统既可满足要求，又可显著降低量产成本，成为各航天大国的研究热点。
　　美国普渡大学开发出一种名为“薄膜汽化微机电系统可调阵列”（Film-Evaporation MEMS Tunable Array，FEMTA）的微推进系统，该系统采用毛细管设计，毛细管直径约为10微米，水在毛细管中的表面张力、压强、温度和毛细管直径之间满足一定的平衡关系。毛细管末端设有小型加热器，可以改变水的温度，从而打破上述平衡，改变水的压强并将水变成水蒸气，毛细管末端连接有微型喷嘴，水蒸气从喷嘴喷出从而为航天器提供推力。普渡大学在真空实验室中对1个装有4套FEMTA的小卫星进行了试验，FEMTA产生推力的时间持续了80秒，推力功率比达到了每瓦特230微牛，证明了水推进的可行性。

　　二、影响分析
　　一是可能颠覆现有小卫星系统设计理念
　　现有小卫星微推进系统主要分为化学推进和电推进两大类。化学推进推力水平高，不利于控制推力精度，且所需推进剂质量大，限制了微小卫星有效载荷的搭载。电推进具有比冲高、推力小、性能调节方便等优点，但系统相对复杂，对微小卫星质量和体积占用明显。普渡大学开发的水推进系统，体积只有0.05立方厘米，质量小于0.1克，相比于化学推进和电推进系统的体积和质量可实现量级的缩减，从而改变现有小卫星系统设计理念，将更多的体积和质量让给有效载荷，扩展小卫星的应用范围。

　　研发团队

　　微型水推进系统
　　二是延长小卫星使用寿命和探测范围
　　目前，月球和火星“火卫一”上都发现了水存在的迹象。如果水推进成为可能，这些存在水的星球可以作为“太空加油站”，为深空探测小卫星延寿进而扩大探测范围提供重要支撑。此外，现有卫星在轨加注概念主要加注的是化学推进剂，化学推进剂只能在地面制备，且在轨加注有一定的安全隐患，而水的制备和储存比化学推进剂容易很多，如果在轨加注水推进剂，能显著降低在轨加注的难度，并提高安全性。