杨 超，胡 远，孙泉华,3，黄河激,3

(1. 中国科学院力学研究所空天飞行科技中心，北京 100190;2. 中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室，北京 100190; 3. 中国科学院大学工程科学学院，北京 100049)

0 引 言

超低轨卫星(高度150～200 km附近)有着非常重要的军事及民用价值，但卫星飞行中遇到的大气阻力随着轨道高度的降低而显著增加，造成动力难以维持卫星的长时间服役，“留不住”成为超低轨卫星所面临的最大困难。吸气式电推进技术通过捕集轨道上的气体分子作为工质产生推力，不需要卫星携带推进工质，是一种非常有潜力的先进动力技术，有望突破超低轨道飞行器和卫星星座“留不住”这一技术瓶颈。

为了达到推阻平衡的基本要求，吸气式电推进需要满足如下关系式

(1)

(2)

将其代入式(1)后可得

(3)

取=2，=7.8 km/s，则为1500 s和3000 s时满足推阻平衡的最低捕集率为52%和26%。

在150～200 km的轨道高度上，空气的分子平均自由程处于10～100 m的量级，气体捕集过程主要处于自由分子流域，分子间碰撞的影响非常微弱，气体捕集能力与分子和壁面的碰撞密切相关。研究表明，当气固相互作用为镜面反射时，气体捕集系统的长度、入口面积、出口面积、进气道型面等几何参数均对捕集率有明显影响。特别地，当进气道型面为抛物线旋成体时，经过优化后捕集率能够接近100%。而当气固相互作用为完全漫反射时，进气道长度、入口面积、出口面积等几何参数依然对捕集率有明显影响，但进气道型面对捕集率的影响明显减弱。……