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 現(xiàn)在，對(duì)于幾乎任何一顆衛(wèi)星，推進(jìn)系統(tǒng)都是必備的，因?yàn)樗鼘?shí)在是太重要了。

為什么這么說(shuō)？主要是以下三個(gè)方面的需求。

1. 航天任務(wù)（最終入軌+執(zhí)行復(fù)雜的探索類(lèi)太空任務(wù)）

可能會(huì)有人認(rèn)為，衛(wèi)星的發(fā)射、入軌全靠火箭。其實(shí)不然，“人生的路啊，要寄幾走”這個(gè)道理，衛(wèi)星也是很明白的呢。

即便今天的火箭發(fā)射技術(shù)已經(jīng)日趨完善，但它也只能將衛(wèi)星送入預(yù)訂的軌道高度和軌道傾角上，剩下的都由衛(wèi)星自我推進(jìn)。

例如，前段時(shí)間備受關(guān)注的中星9A。即使它正常入軌，也是進(jìn)入一個(gè)同步轉(zhuǎn)移軌道，這是一個(gè)距離地球最近300-500千米，而最遠(yuǎn)可達(dá)36000千米的超大橢圓。衛(wèi)星距離地面越遠(yuǎn)速度越慢，到了最高點(diǎn)時(shí)，衛(wèi)星上的推進(jìn)設(shè)備工作，工質(zhì)的反推力與速度方向相同且呈一定夾角，將衛(wèi)星速度加速到3.1千米每秒并改變速度方向，實(shí)現(xiàn)相對(duì)靜止地“?！痹诔嗟郎峡眨ù藭r(shí)軌道周期是24h）。

（中星9A原計(jì)劃的同步轉(zhuǎn)移軌道、實(shí)際轉(zhuǎn)移軌道與最終的同步軌道對(duì)比圖）

而對(duì)于探索外太空之類(lèi)的復(fù)雜任務(wù)，推進(jìn)系統(tǒng)的重要性基本排名第一。例如探月任務(wù)，火箭只能將其送出地球幾百公里，但目標(biāo)卻是遠(yuǎn)在38萬(wàn)公里外的月球，這個(gè)過(guò)程就需要經(jīng)歷復(fù)雜的機(jī)動(dòng)過(guò)程。我國(guó)在2010年國(guó)慶節(jié)發(fā)射的嫦娥二號(hào)，甚至在復(fù)雜的探月任務(wù)結(jié)束后，飛到了距地球150萬(wàn)公里的日地拉格朗日引力平衡點(diǎn)，又在700萬(wàn)公里外探訪了一顆小行星，如今已經(jīng)在1億公里外了。

（嫦娥二號(hào)軌跡圖，可以看出離開(kāi)地球只是起點(diǎn)©新華社）

1977年美國(guó)發(fā)射的旅行者2號(hào)是人類(lèi)歷史上最高產(chǎn)的一個(gè)航天器，它在任務(wù)周期中探訪了木星、土星、天王星和海王星這四個(gè)太陽(yáng)系內(nèi)全部的氣態(tài)行星和它們的衛(wèi)星體系，這個(gè)過(guò)程對(duì)軌道機(jī)動(dòng)能力要求極高，可謂“失之毫厘，謬以千里”，如今它已經(jīng)距離地球280億公里，但還在保持與地球的通信。

2. 修正宇宙環(huán)境造成的軌道偏移

宇宙環(huán)境并不能簡(jiǎn)單模擬，因?yàn)橛绊懸蛩貙?shí)在太多。例如，對(duì)于一顆飛在地球附近幾百公里的衛(wèi)星而言，需要考慮的影響就包括：

地球非均勻的重力場(chǎng)（比如喜馬拉雅山和太平洋的引力影響不同）；

月球、太陽(yáng)甚至木星的引力攝動(dòng)，地球海洋、陸地和大氣的潮汐；

太陽(yáng)光和地球反射的太陽(yáng)光對(duì)衛(wèi)星造成的壓力；

極其稀薄大氣造成的阻力等等因素。

在這些因素影響下，衛(wèi)星會(huì)逐漸偏離軌道，此時(shí)必須依靠本身推進(jìn)能力修正。

（國(guó)際空間站入軌前兩年軌道高度變化，大部分軌道提高都來(lái)自美國(guó)航天飛機(jī)和俄羅斯的空間站艙段© http://keywordsuggest.org/）

一個(gè)典型的例子是已經(jīng)入軌近20年的國(guó)際空間站，它目前飛在距離地面400千米的軌道上?？梢詮膱D中看出，它的軌道高度深受近地環(huán)境影響，如果不加以推進(jìn)修正，就會(huì)迅速降低。雖然每次貨運(yùn)飛船對(duì)接國(guó)際空間站后，都會(huì)在返回地球前使出絕大部分能量將國(guó)際空間站推高，但目前已經(jīng)是一個(gè)420噸的龐然大物的它每年都需要自我修正好幾十次，并消耗掉高達(dá)7噸燃料。

3.避免相撞危險(xiǎn)

（筆者研究的Swarm衛(wèi)星兩年內(nèi)經(jīng)歷了12次大的軌道機(jī)動(dòng)，以防止兩顆衛(wèi)星彼此以及和太空垃圾相撞©European Space Agency）

目前，地球周?chē)呀?jīng)分布有數(shù)億個(gè)太空垃圾，在每秒七千多米的速度下，任何一個(gè)都是對(duì)正常航天器極其危險(xiǎn)的威脅。有的編隊(duì)衛(wèi)星也要預(yù)防可能發(fā)生的碰撞事故。因此，衛(wèi)星攜帶推進(jìn)系統(tǒng)也非常必要。

既然衛(wèi)星的推進(jìn)系統(tǒng)這么重要，那么都有哪些推進(jìn)技術(shù)呢？

在衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域，人類(lèi)已經(jīng)有了很多種推進(jìn)方案，但總結(jié)下來(lái)就是最基本的牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)定律：

推力能改變衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（第一定律），推力越大改變能力就越強(qiáng)（第二定律），推力與反推力是同時(shí)存在的（第三定律）。

因此，衛(wèi)星推進(jìn)的本質(zhì)就是當(dāng)一些工質(zhì)被加速離開(kāi)衛(wèi)星時(shí)產(chǎn)生反推力，可以改變衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這里有個(gè)術(shù)語(yǔ)叫“工質(zhì)”，其實(shí)就是可以將熱能和化學(xué)能等轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的“工作物質(zhì)”，火箭燃料和燃燒后的燃?xì)馐呛教炖镒畹湫偷墓べ|(zhì)。汽車(chē)、輪船和飛機(jī)里的石油產(chǎn)品和燃?xì)猓部梢岳斫鉃橐环N工質(zhì)。

目前推進(jìn)技術(shù)基本以工質(zhì)不同來(lái)分開(kāi)，下面我們就來(lái)細(xì)數(shù)下彼此的異同。