近日，空天科学学院先进空间推进技术研究团队在吸气式电推进技术的研究中取得系列原创成果。受航空宇航类Top1期刊《Progress in Aerospace Sciences》主编邀请，相关研究成果“Recent development of intake devices for atmosphere-breathing electric propulsion system”在该期刊上发布，这是国内电推进领域在该期刊上发表的第一篇论文。该期刊为仅接受邀稿的综述性期刊，年发文量约30篇，2022年影响因子为8.934。
图1. 空间卫星简况：（a）不同轨道高度在轨运行卫星数量曲线；（b）吸气式电推进系统概念。
据了解，吸气式电推进技术通过收集超低轨道（低于250km）的稀薄大气作为推进剂，能够在不携带任何推进剂的情况下实现卫星的长寿命在轨运行。进气装置作为吸气式电推进系统的特有部件，能够对稀薄大气粒子进行捕获和压缩。为了获得所需的推进剂，研究人员提出了多种进气装置设计方案，尽可能地提高进气装置对稀薄大气的捕获效率和压缩倍率。然而，这两项指标往往不能同时提高，技术上的挑战仍然存在。
图2. 进气装置基本理论知识：（a）大气模型：粒子种类、质量密度、横风水平；（b）气体流态；（c）气-壁相互作用模型；（d）气动阻力模型。
该研究首先介绍了进气装置设计所需的基本理论知识，包括使用的稀薄大气模型与流体物理模型；然后总结了国内外进气装置的重要进展，评估了不同类型进气装置的结构特点与工作性能；最后提出了进气装置的后续研究途径，包括地面测试技术、装置表面材料开发、空间压缩和液化技术等。
图3. 进气装置的分类与主要部件构成。
近年来，先进空间推进技术研究团队围绕超低轨道吸气式电推进技术开展了深入研究，取得了以气动-材料-结构一体化高效进气装置、无电极长寿命低气压氮氧工质电离装置，以及高比冲磁聚焦推力产生装置等为代表的一系列成果。相关成果将有效解决当前吸气式电推进系统稀薄大气捕获能力较低、金属电极腐蚀情况严重，以及大气阻力补偿能力不足等问题，为拓展卫星运行范围、提升卫星任务能力提供了新的技术途径。